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你真的了解肠道菌群检测吗?

谷禾健康

近年来,肠道菌群检测越来越受到关注。无论是个性化营养管理、益生菌补充、慢病风险管理、体重管理,还是肠道功能改善和微生态干预,很多服务都会把肠道菌群检测作为重要参考。

肠道菌群检测也正在科研工具逐步进入健康管理、慢病风险评估、营养干预、药物反应研究及部分临床辅助场景

因此肠道菌群检测也越来越常见。然而,公众对肠道菌群检测的理解常常存在两个极端

  • 一个极端是将其神化,认为一份报告可以准确判断所有疾病风险,甚至据此直接决定补什么菌、吃什么药、做什么移植;
  • 另一个极端则是全盘否定,认为菌群波动大、研究还在发展,因此检测没有任何意义。

从目前的研究和应用现状来看,肠道菌群检测的意义需要放在具体场景中评估。过度放大其预测和干预能力并不科学,而因其仍在发展中就完全否定其价值也不正确。更准确地说,肠道菌群检测是一种具有参考价值的微生态评估工具,其可靠性和应用价值取决于检测目的、技术路径、质量控制、数据库基础、算法模型和解读水平

很多消费者会觉得:不就是取一点粪便样本,送到实验室测一测,然后出一份报告吗?

从表面看,流程似乎并不复杂,甚至有些机构的报告形式也很相似:列出有哪些菌、哪些菌多了、哪些菌少了,再给出一些饮食或益生菌建议…

今天,谷禾君想结合多年肠道菌群高通量测序检测与分析的实际经验,尤其是在 CNAS 认可和质量体系管理要求下形成的质量控制实践,和大家一起客观聊聊肠道菌群检测的科学价值、应用边界与合理解读

01
菌 群 谱

菌群谱是报告的底层基础,基础不稳,后面的解释就会偏

一份肠道菌群检测报告,通常可以分为几个重要板块。第一大板块就是菌群谱,也就是回答几个最基础的问题:

  • 样本中有哪些菌?它们分别占多少比例?
  • 哪些菌相对丰富?哪些菌偏低?
  • 整个肠道微生态结构是否稳定?
  • 是否存在某些潜在致病菌、条件致病菌或关键有益菌的异常?

这一部分相当于一座大楼的水泥、钢筋和砖块,是所有后续分析的基础。后面无论是多样性分析、功能预测、营养代谢评估、炎症风险判断,还是个性化干预建议,都建立在菌群谱是否准确的前提上

但也正是在这个最基础的环节,最容易引入技术偏差。

样本采集与保存:结果偏差可能从第一步开始

粪便样本并不是普通样本,其中含有大量微生物、宿主细胞、食物残渣、代谢产物以及可能影响后续检测的抑制性物质。

从采样完成到实验室检测之间,样本仍可能受到时间、温度、氧气暴露和运输条件等因素影响。一些对环境变化较为敏感的菌群成分,可能在保存或运输过程中发生比例变化,从而影响最终检测结果对原始肠道状态的反映。

因此,在实际检测中,通常会结合检测目标和技术路线,选择经过验证的样本保存方案,并配套明确的采样说明、运输要求和样本接收标准。需要强调的是,任何保存方式都不是对样本原始状态的“绝对锁定”,但规范化的保存和质控流程,可以尽可能减少样本在采集后到检测前发生的非目标性变化,从而提高检测结果的可靠性

DNA提取:不同细菌被看见的机会并不一样

肠道菌群由大量不同类型的微生物组成,不同细菌在细胞壁结构、细胞膜特性以及对裂解条件的敏感性上存在差异。有些细菌容易被裂解并释放 DNA,而有些细菌结构较为坚韧,如果裂解不充分,其 DNA 可能无法被充分提取出来

因此,DNA 提取并不是一个简单的“把 DNA 提出来”的过程。对于粪便这类成分复杂的样本,如果提取方法没有结合肠道菌群特点进行优化和验证,就可能造成不同菌群 DNA 回收效率不一致:某些菌更容易被检测,某些菌则可能被低估

也就是说,检测报告中呈现的菌群比例,不仅受到样本本身组成的影响,也可能受到 DNA 提取方法、裂解强度和纯化效率等实验环节的影响。专业检测通常会通过标准化提取流程、适当的裂解策略、质控指标和方法学验证,尽量减少这类技术偏差,使检测结果更稳定、更具有可比性

建库和测序:流程参数会影响最终读数

建库和测序是将样本中提取到的微生物DNA 转化为可被测序仪识别和读取的数据的过程

不同技术路线对应的实验流程并不完全相同。

  • 对于16S rRNA基因测序,通常需要选择特定扩增区域,利用引物扩增目标片段,再接上测序接头和样本标签。由于不同引物对不同菌群的匹配程度和扩增效率并不完全一致,某些菌群可能更容易被扩增,而另一些菌群则可能被相对低估。
  • 对于宏基因组测序,则通常是将样本中的总 DNA 打断成一定长度的片段,再进行末端修复、接头连接、扩增和质控。虽然它不依赖某一对特定 16S 引物扩增,但建库片段长度、DNA 起始量、扩增循环数、测序深度和数据过滤策略等因素,仍可能影响最终获得的数据结构和菌群检出情况。

此外,实验室环境中的微量污染、试剂中的背景 DNA,或不同批次操作带来的细微差异,也可能在某些情况下影响检测结果,尤其是在低生物量样本或样本质量不佳时更需要关注。

因此,专业检测通常不会只依赖单一实验步骤,而是会通过阴性对照、阳性对照、标准菌群样本、重复检测、批次质控和流程验证等方式,对建库和测序过程中的潜在偏差进行识别、监测和控制,从而尽量提高检测结果的稳定性、可比性和可解释性

原始数据到可用数据,中间不是自动生成那么简单

测序仪下机后得到的通常是FASTQ原始数据。FASTQ文件中不仅包含序列信息,也包含每个碱基的质量值。一般可能认为以为测序完成就等于结果出来。事实上,原始数据距离真正可用于分析的clean data,还有一整套质量控制流程。

质控流程决定哪些数据可以进入后续分析

这些流程包括去除低质量序列、去除接头污染、过滤过短或异常序列、识别嵌合体、合并双端序列、去除宿主污染序列、评估测序深度和样本有效数据量等。

对于宏基因组测序,还涉及更复杂的拼接、基因预测、物种注释、功能注释和丰度计算。

参数设置过松或过严,都会影响结果

如果质控参数设置过松,低质量数据会进入后续分析,带来假阳性;如果设置过严,又可能损失有效信息,导致某些低丰度但重要的菌被过滤掉

因此,生物信息分析并不是简单套用软件流程,而是需要根据样本类型、测序技术、研究目的和验证结果不断优化

更关键的是,同一份原始数据,使用不同的分析流程、不同的参数、不同的数据库,最终得到的物种组成可能不完全相同。这也是为什么不同检测机构之间有时会出现结果差异的原因之一。其中参考注释数据库的带来的差异是最大的,这也是我们后面会重点讲的。

数据库和注释方法是影响结果解读的重要环节

测到的这段序列,到底对应哪一种菌?

这是肠道菌群检测不可忽略的问题之一。

目前很多实验室会使用公开数据库,例如16S领域常用的Greengenes、SILVA、RDP等,宏基因组领域则可能使用NCBI、GTDB、UHGG、MetaPhlAn相关数据库等。

这些公共数据库为科学研究和方法开发提供了重要基础,但在实际检测和报告解读中,数据库是否适配人体肠道样本、是否持续更新是否经过标准样本和真实样本验证,都会影响最终注释结果的准确性和稳定性

这些问题在数据分析阶段看似只是“注释差异”,但进入报告解读后,可能会进一步影响菌群特征判断、功能推测、风险提示以及个性化建议。因此,肠道菌群检测的可靠性不仅取决于是否使用了某个数据库,更取决于数据库与检测场景的匹配程度、算法流程的验证情况,以及实验室对注释结果进行评估和校正的能力

谷禾更倾向于采用一种相对稳妥的分析思路:在公共数据库的基础上结合长期积累的人体肠道样本数据、标准菌群验证结果、算法优化经验以及注释准确性评估体系,对检测结果进行多维度综合判断。

这样既能充分利用公共数据库的开放资源和学术基础,也能根据人体肠道菌群检测的实际场景,对数据库覆盖不足、分类体系差异或算法适配性问题进行识别和校正,从而尽量减少由数据库和注释方法带来的系统性偏差

正常参考范围决定异常判断可靠性

超标和缺乏,背后依赖的是参考范围

在肠道菌群检测报告中,最容易影响用户判断和后续决策的内容,往往是“某某菌偏高”“某某菌偏低”“某类风险相关菌增加”等提示。而这些判断并不是单纯由检测数值本身决定的,背后还依赖于一个非常重要的基础——参考范围

所谓“超标”或“缺乏”,本质上是将个体检测结果与某一参考人群或参考数据库进行比较后得到的相对判断。因此,参考范围如何建立直接影响异常提示的稳定性和解释价值

参考范围并不应是简单设定的固定边界

需要建立在足够规模、来源清晰、信息完整的人群数据基础上。理想情况下,参考人群应根据年龄、地区、饮食结构、生活方式、健康状态等因素进行合理分层,并结合检测技术路线和统计方法持续优化。否则,如果参考样本量不足,或人群结构与受检者差异较大,所谓“正常范围”就可能不够稳健

这也意味着,不同实验室、不同数据库或不同算法模型给出的异常提示,可能存在差异。例如,某个菌被提示偏高,既可能确实反映个体菌群特征的改变,也可能与参考队列样本量分层方式、边界设定或地区饮食差异有关。反过来,某个菌被提示偏低,也可能受到数据库分辨率、注释准确性或参考范围设定方式的影响。

尤其是在涉及潜在致病菌、条件致病菌、炎症相关菌、产毒素相关菌等信息时,更需要避免把报告提示直接等同于疾病诊断。菌群检测中的“检出”不等于感染,“相对丰度偏高”也不等于一定需要药物干预。

谷禾更建议以审慎、综合的方式理解菌群检测结果:检测报告提供的是微生态层面的参考信息,而不是单独用于诊断或干预决策的依据。报告中的风险提示,需要结合个体的症状表现、既往病史、用药情况、饮食结构、免疫状态、其他实验室检查结果,以及医生或专业人员的评估进行综合判断。只有将检测结果放回到具体个体的实际背景中,才能更准确、合理地理解其意义。

CNAS 认可与实验室质量体系:检测可靠性的基础

通过上面的描述,已经了解肠道菌群检测涉及样本采集、保存运输、DNA 提取、建库测序、数据分析和报告解读等多个环节。任何一个环节控制不充分,都可能影响最终结果的稳定性和可解释性

CNAS 认可并不意味着检测结果可以直接等同于临床诊断,也不代表所有模型解释都天然成立。但它说明实验室在认可范围内,已围绕人员、设备、方法、样本流转、质量控制、记录追溯和报告签发等方面建立了较为规范的管理体系,并接受第三方官方评审

对于肠道菌群检测而言,这种体系化管理尤为重要。作为 CNAS 认可的肠道菌群检测实验室,在检测过程中更强调全流程质控,包括阴性/阳性对照、空白对照、批次质控、污染监测、测序质量评估和异常样本复核等环节,尽量减少批次差异、背景污染和流程波动对结果的影响

因此,选择肠道菌群检测机构时,除了关注报告内容,也应关注其实验室资质、质控体系、方法验证和结果解释边界。对于复杂的微生态检测来说,规范的实验室体系,是结果值得被认真参考的重要基础。

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如果说肠道菌群检测报告的第一层壁垒

是把菌群谱测准、注释准、解释准;

那么第二层壁垒,

就是如何基于菌群数据

进行健康状态或疾病风险评估。

02
疾 病 谱

疾病风险评估不是“列几个特征菌”那么简单

疾病风险评估的基础,是菌群差异是否具有参考意义

目前许多肠道菌群报告中都会设置疾病风险健康风险评估板块。其基础逻辑是:既然某些疾病人群与健康人群存在菌群差异,那么是否可以通过一个人的菌群特征,推测其更接近健康状态还是更接近某类疾病相关状态?

这一部分往往也是消费者最关注、同时最容易被误解的内容。很多人拿到报告后,最先看的不是有哪些菌,而是自己有没有炎症风险、代谢风险、神经系统系统风险、肠易激风险、肥胖风险、糖尿病风险等。某种意义上,这也是肠道菌群检测最具应用价值的方向之一。

科研相关性,不等于个体预测能力

尽管大量研究已经证明,过去十多年,国内外已经发表了大量关于肠道菌群与结直肠癌、炎症性肠病、肠易激综合征、肥胖、2型糖尿病、脂肪肝、痛风、抑郁、阿尔茨海默病、自闭症谱系障碍等疾病相关性的研究。这些研究为菌群风险评估提供了重要的科学基础

但是不同疾病人群、不同疾病阶段、干预前后、治疗响应与不响应人群,往往会呈现出不同的菌群结构和功能特征

文献差异菌不能直接等同于个体健康风险判断

科研队列和真实检测人群,并不是同一回事

这是行业中一个非常关键、但常被忽略的问题。

科研研究通常会有严格的入组标准。例如,研究者会尽量控制年龄、性别、地区、饮食、BMI、用药史、抗生素使用、基础疾病、采样时间等因素。有些研究会要求受试者在一定时间内不能使用抗生素、益生菌、泻药或特殊药物;有些研究会限制饮食;有些研究会排除合并多种疾病的人群。这样做的目的是尽量减少干扰因素突出某个疾病与菌群之间的关系

真实世界中的菌群影响因素更加复杂

真实检测人群:

  • 有人刚用过抗生素;
  • 有人有多种慢性疾病;
  • 有人长期服用降糖药、降脂药、质子泵抑制剂或免疫抑制剂;
  • 有人饮食结构极端;
  • 有人长期便秘或腹泻;
  • 有人正在减肥、化疗、放疗或接受手术后恢复;
  • 还有人同时补充多种益生菌、膳食纤维或中药;

每一个因素都可能影响肠道菌群

文献中的差异菌,不能简单搬进报告

在严格科研队列中得到的差异菌,未必能稳定适用于现实世界中的普通检测人群。把文献中的几个特征菌简单搬进报告,用它们来判断疾病高低风险,往往是不可靠,甚至可能完全错误误导后端干预

★ 好的风险评估模型——核心不仅是算法,更需要高质量的样本数据

很多人在谈疾病预测模型时,容易把重点放在算法上,比如机器学习、随机森林、支持向量机、神经网络、深度学习等。算法当然重要,但在肠道菌群风险评估中,更基础、更关键的因素其实是:模型训练所使用的样本质量和样本代表性。

一个模型能不能识别真实世界中的疾病相关菌群特征,首先取决于它“见过”多少真实、准确、复杂且有代表性的样本。

这里至少包括几个核心问题。

第一,样本是否涵盖了各类人群

肠道菌群受到饮食习惯、地域环境、生活方式、遗传背景、医疗体系、药物使用习惯等多种因素影响。

不同地区和生活方式的人群肠道菌群基线并不完全相同。因此,如果一个模型应尽可能涵盖足够多样的人群,否则可能会出现适配性不足的问题

第二,样本信息是否准确

疾病状态必须有明确依据,不能只靠用户自述。比如结直肠癌样本最好有病理、肠镜或临床诊断信息支持;糖尿病样本应有血糖、糖化血红蛋白等指标;炎症性肠病应有内镜、病理、临床诊断和疾病活动度信息

如果标签本身不准确模型学到的就可能是噪音,而不是真实疾病特征

第三,样本量是否足够

肠道菌群个体差异极大,同一种疾病在不同阶段、不同用药、不同饮食、不同年龄人群中可能表现出不同菌群特征

如果样本量太小,模型容易只学到某个小队列的偶然差异,而不是疾病本身在真实世界中的稳定信号。

第四,样本是否覆盖疾病发生、发展、治疗和干预过程

很多疾病不是单一状态。例如:

  • 结直肠癌有腺瘤、早期癌、进展期癌、术后、放化疗后等不同阶段;
  • 炎症性肠病有活动期、缓解期、用药期、复发期;
  • 代谢性疾病也有从轻度异常到明确诊断、再到长期用药管理的连续过程;

一个有应用价值的模型,应尽量覆盖这些复杂状态,而不是只比较“健康人”和“典型患者”。

第五,是否有严格的验证

模型不能只在训练数据上表现好,还要在独立测试集、外部队列、不同批次样本、不同时间段样本中验证。否则就可能存在过拟合:在原始研究数据里准确率很高,一到真实用户样本中就失效

所以,尽管现在有 AI 的出现,如果没有足够大、具有代表性、并且样本数据清晰规范的本土人群数据库,那么疾病预测仍然会面临明显局限

因此疾病的预测疾病风险评估板块真正的壁垒,不是报告上能不能写出“风险高、中、低”,而是背后有没有足够优质、真实、可追溯、经过验证的人群样本库和模型体系

除了样本数据本身,风险评估模型还要解决另一个关键问题:它究竟在识别什么。

★ 好的风险评估模型——不是盯着几个菌,而是理解整体微生态特征

模型要识别的是整体,不是单个菌

很多人理解菌群风险评估时,会以为模型就是看某几个菌:会把它想象成一个简单的对应关系:某个“有害菌”升高,风险就升高;某个“有益菌”降低,风险就升高。这样的理解直观,但并不准确

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肠道微生态是一个复杂网络。疾病相关信号是由多种菌之间的组合关系、相对丰度变化、低丰度关键菌、菌群多样性、生态位变化、代谢功能、炎症相关通路、毒力因子、胆汁酸代谢、短链脂肪酸生成能力等共同构成

因此,一个成熟模型不应只依赖少数几个肉眼可见的“明星菌”。它需要从整体菌群结构中学习复杂模式

有些风险信号,甚至高于菌群丰度和关系

某些样本看起来有害菌并不高,多样性也不错,常规菌群构成似乎比较理想,但仍可能隐藏着与特定疾病相关的微生态模式。

这些信号可能来自低丰度菌群,也可能来自菌群之间的组合关系,甚至来自报告正文中没有逐一展示的菌种或功能特征。

以结直肠癌风险评估为例

已有大量研究显示,结直肠癌患者的肠道菌群中可能存在一些相对稳定的特征变化,例如部分具核梭杆菌、脆弱拟杆菌相关毒素型菌株、消化链球菌、微小单胞菌、产毒或促炎相关菌群变化等。

但在真实人群中,不能简单用某一个菌是否升高来判断风险。因为不同个体、不同阶段、不同治疗状态下,菌群表现可能并不一致

有些人可能某个典型菌升高明显,有些人则可能表现为多个菌群组合的轻度偏移,或者表现为功能通路层面的异常。

如果一个模型基于足够大的真实世界队列,例如大量经临床确认的结直肠癌样本,并结合健康对照、肠道疾病对照、不同年龄和不同干扰因素样本进行训练与验证,它就更有机会学习到疾病相关的综合微生态模式,而不只是机械地识别几个特征菌。

这样更有利它在实战中去判别,比如整体结构是否更接近经临床确认的疾病相关样本。这类模型在实际应用中,才更可能对复杂样本保持较好的敏感性和特异性。

风险提示不能替代临床诊断

当然,即使模型表现较好,也应坚持一个边界:菌群风险评估结果只能提示“需要关注”或“建议进一步检查”,不能直接等同于诊断。比如结直肠癌中高风险提示,应建议结合年龄、家族史、症状、粪便隐血、肠镜等医学检查进行确认,而不是仅凭菌群报告下结论。

为什么“什么疾病都能预测”的报告反而要谨慎看待?

风险评估项目越多,不一定代表报告越成熟

消费者需要特别注意一个现象:有些菌群检测报告看起来功能非常丰富,几乎什么疾病都能评估,几十种甚至上百种风险都能给出结论。表面上看,这样的报告似乎更全面,但从专业角度看,反而需要谨慎。

原因很简单:不是所有疾病都已经具备成熟、稳定、可用于真实人群评估的菌群模型基础。

不同疾病的菌群证据基础并不相同

有些疾病与肠道菌群之间的关联证据较强样本积累较多,模型开发和验证相对更有基础

但有些疾病目前仍处于早期研究阶段,文献结果不一致,队列样本较少,混杂因素很多,不足以支持面向消费者的风险预测

明确的风险结论,需要透明的模型依据

如果一个报告对很多疾病都给出非常明确的高低风险判断但没有说明模型来源、样本量、适用人群、验证结果和解释边界,那么它很可能不是基于真实世界大样本模型,而只是引用了文献中报道过的一些差异菌或相关菌。

这种做法的问题在于:文献中的差异菌通常来自特定研究条件下的特定队列。它们可以作为科学线索,但不一定能直接作为个体风险判断依据。

如果把多个疾病文献中的特征菌简单叠加,就可能导致很多用户在报告中同时出现多种疾病高风险。这样的结果看似敏感,实际上特异性可能很差,容易造成不必要的焦虑,也可能误导后续干预方向。

专业,是对边界的克制

专业的做法应该是:

  • 有足够数据和验证的疾病,才放入报告;
  • 证据不足的疾病,可以作为科普或研究方向提示,但不应包装成明确风险结论。

消费者应该如何理解这一板块

对于消费者而言,看到菌群报告中的疾病风险评估,既不必恐慌,也不能完全忽视

比较合理的态度是:把它作为一种基于肠道微生态数据的健康风险提示

如果某项风险偏高:

  • 首先要看自己是否存在相关症状、家族史、既往病史或其他检查异常。
  • 其次,要看这项评估背后的模型是否可靠,是否有足够样本量和验证依据。
  • 第三,对于重要疾病风险,尤其是肿瘤、炎症性肠病、严重代谢异常等,不应仅靠菌群报告自行判断或干预,而应进一步做临床检查。

低风险不等于绝对没有问题,高风险也不等于已经患病。

菌群模型评估的是一种微生态模式与疾病状态的相似性或相关风险,它的意义在于帮助人们更早关注潜在问题,并为进一步检查生活方式调整和健康管理提供参考。

行业应该比拼证据深度,而不是报告项目数量

肠道菌群检测进入应用阶段后,报告内容越来越丰富是趋势。有价值的竞争,不应该是谁能写出更多疾病名称,而是谁能在每一个评估项目背后建立更扎实的证据链。

一个负责任,科学,公平的检测体系(CNAS认可实验室的准则),应该敢于承认边界

  • 样本量不够的疾病,不轻易给出风险判断;
  • 证据不稳定的模型,不包装成确定结论;
  • 只能做研究参考的内容,就明确标注为研究参考。

这样的报告看起来可能没有那么包罗万象,但专业价值反而更高。

从风险评估的实际价值来看,报告项目的数量并不是唯一衡量标准。相比覆盖多少病种,更值得关注的是:每一项提示是否有清晰依据,是否能提供合理的下一步建议,是否有助于减少误判、过度解读或不必要的干预

总体来看,肠道菌群疾病风险评估是一个很有前景、也很有技术壁垒的方向。更值得关注的是,从科研发现走向真实世界应用,可能需要跨过样本质量、样本规模、模型验证、本土适配、混杂因素控制和临床解释边界等多道门槛。

这才是肠道菌群检测报告第二层壁垒的核心。

在肠道菌群检测报告中,

除了菌群谱和疾病风险评估之外,

第三个越来越重要的板块,

就是营养代谢与功能评估。

03
营 养 谱

肠道菌群报告的第三层壁垒:营养代谢评估=看菌推营养?

很多报告会提示维生素合成能力、氨基酸代谢、短链脂肪酸生成能力、胆汁酸代谢、脂质代谢、膳食纤维利用能力、蛋白质发酵倾向、肠道屏障相关功能等内容。

这一方向是有大量询证依据的,而且这一块菌群有着绝对的优势,会做的越来越好。因为肠道菌群并不是被动存在于肠道里的“微生物名单”,它们本身就是一个活跃的代谢器官。

大量研究已经证明,肠道菌群参与膳食纤维发酵、短链脂肪酸生成、B族维生素合成、氨基酸代谢、胆汁酸转化、色氨酸代谢、胆碱和肉碱代谢、植物多酚转化等过程。这些代谢活动与能量利用、肠道屏障、免疫调节、炎症状态、神经递质前体、血糖血脂代谢等都有密切关系。

因此,通过菌群数据去评估一部分营养代谢能力,是有科学基础的。但这里必须强调一个关键点:菌群报告中的营养代谢评估,更合理的解释评估的是菌群相关代谢潜力菌群功能倾向

有价值的营养评估,看三组数据如何互相校准?(谷禾的菌群营养评估结合三组数据开发)

注:谷禾的菌群营养评估结合的三组数据是指:肠道菌群数据、粪便代谢组数据、血浆代谢组数据。

更高质量的肠道菌群营养代谢评估,不应只停留在“某个菌多,所以某种营养代谢好”这种层面,而应该尝试建立菌群、粪便代谢物、血液代谢物和饮食信息之间的对应关系。

这里面至少有三类重要关系。

第一,菌群功能潜力与粪便代谢物是否一致


比如报告提示丁酸产生菌不足,同时粪便中丁酸水平也偏低,那么可以更有信心地判断肠道短链脂肪酸生成环境不足

反之,如果丁酸产生菌不低,但粪便丁酸低,就要考虑饮食纤维摄入不足、吸收增加、样本时间点或检测差异等因素。

第二,粪便代谢物与血液代谢物是否一致


例如肠道蛋白质腐败发酵增强时,粪便中某些酚类、吲哚类、胺类代谢物可能升高;其中部分代谢物如果进入血液并进一步影响宿主代谢,血液中也可能出现相关变化。但如果只在粪便中高、血液中不高,临床意义就可能不同,更多提示局部肠腔环境变化。

第三,菌群代谢能力与宿主营养状态是否一致


比如菌群提示B族维生素合成潜力较弱,但血液中相关维生素指标正常,可能说明饮食摄入或补充剂足够;如果菌群功能弱、饮食摄入不足、血液指标也偏低,那么营养干预的依据就更充分。

这种多组学和临床营养指标的互相验证,才是营养代谢评估真正走向成熟的方向。

  • 单独看菌群,容易高估菌群对营养状态的解释力;
  • 单独看血液,又可能忽略肠道微生态对长期代谢环境的影响;
  • 把几类数据放在一起,才能更接近真实情况。

营养代谢评估的专业价值,在于指导方向而不是替代临床营养诊断

肠道菌群营养代谢评估真正有价值的地方,是帮助我们理解一个人的肠道生态更偏向哪种代谢模式

  • 例如,有的人膳食纤维利用能力较弱,产短链脂肪酸菌群不足,提示需要逐步增加可发酵膳食纤维、抗性淀粉、低聚糖和多样化植物性食物;
  • 有的人蛋白质发酵相关菌和代谢物偏高,提示应评估高蛋白饮食、便秘、肠道转运变慢等因素;
  • 有的人胆汁酸转化异常,可能需要结合脂肪摄入、肝胆功能和肠道炎症状态进一步判断;
  • 有的人色氨酸代谢偏向异常通路,则可能与炎症、睡眠、情绪、肠屏障状态共同分析。

这些信息对个性化营养干预很有帮助。但它的正确定位应该是:为饮食结构优化、营养补充策略、肠道微生态干预和后续检测提供依据,而不是直接诊断某种营养缺乏或疾病。

第三层壁垒的核心:从“菌有什么功能”走向“功能是否真正影响宿主”

总结来说,肠道菌群报告中的营养代谢评估,是一个有科学依据、也很有应用潜力的方向。

但它的技术门槛并不低

因此,营养代谢板块不是报告中“锦上添花”的装饰内容,而是检验一个菌群检测体系是否真正理解肠道微生态功能的重要部分

专业的报告可以告诉用户:你的肠道菌群具备怎样的代谢倾向,这种倾向与饮食、粪便代谢物、血液营养指标之间是否一致,以及下一步应如何更科学地验证和干预。

对消费者而言,最重要的是记住一句话:肠道菌群可以帮助评估营养代谢环境,但不能单独定义人体营养状态

04
报 告 篇

为什么第一次/基线检测 尤其重要?

第一次基线肠道菌群检测的价值:建立可靠参照系以指导后续干预策略。

很多健康指标可以多次检测后再建立趋势,但肠道菌群的首次检测有特殊意义。因为一旦开始系统干预,原始状态可能很难再被还原。

长期服用益生菌、使用抗生素、改变饮食结构、接受粪菌移植或重大疾病治疗后,菌群生态可能发生持续改变。此时再检测,只能反映干预后的状态,而无法回答“我本来是什么样”。

因此,第一次基线检测,可以为后续观察和比较提供一个重要参照。

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第一次基线检测就像一张干预前照片

它不一定完美,也不代表永久状态,但可以记录个体在某一时间点的肠道菌群结构特征和一定程度的功能潜力,呈现当时的微生态背景

比如菌群多样性和稳定性如何,优势菌群结构是否与年龄、地域、饮食和健康状态大致匹配,是否存在明显偏离常见健康人群范围的模式,短链脂肪酸产生菌、黏液层相关菌、蛋白发酵相关菌、潜在条件致病菌、炎症相关菌群等是否处于值得关注的水平。

为后续观察、干预和复测提供参照

如果一个人未来出现症状变化、接受抗生素治疗、长期腹泻或便秘、体重快速变化、慢病治疗、营养干预或粪菌相关治疗,基线数据可以帮助判断菌群变化的幅度和方向。

对于科研和临床随访而言,基线更是分析因果链条和干预效果的基础

在商业场景中,忽视基线会带来明显问题

机构可能先通过报告制造异常,再推荐干预,然后用干预后某些指标变化证明产品有效。但如果没有真实干预前基线、没有对照、没有标准化采样和统计分析,这种“前后对比”很容易受到自然波动、饮食变化、检测误差和选择性展示影响。

科学的基线检测应当先于干预,并尽量独立于产品销售

为什么后端干预前必须重视基线?

干预越强,越需要先看清原始状态

肠道菌群相关干预包括饮食调整、膳食纤维增加、益生菌补充、益生元补充、合生元、后生元、抗生素使用、药物治疗、运动和睡眠改善,甚至粪菌移植等。

这些干预方式的强度差异很大,潜在影响也不同。一般来说,干预越强,越需要在干预前获得可靠基线。否则,后续干预就像在没有地图的情况下改变一个复杂生态系统:既不知道哪里真正需要调整,也很难判断调整后是否真的变好了

没有基线,容易把正常差异误判为异常

举例来说,一个人检测前长期高纤维饮食,短链脂肪酸产生菌丰富,菌群多样性较好,Akkermansia、Faecalibacterium、Roseburia 等相关菌群处于适宜范围。

但如果采用了不适配的人群参考值,或者用过于简单的评分体系判断其“菌群低分”“缺乏益生菌”,就可能引导其进行并不必要的补充。几个月后,即使检测指标发生变化,也很难判断这种变化是否真的有益;如果症状没有改善,还可能进一步造成误解甚至过度干预

警惕“检测—焦虑—购买”的闭环

再如,一个人原本并无明显肠道疾病风险,只是因为看到“菌群年轻化”“提升免疫力”等广告接受检测。

若报告故意调高某些“有益菌”参考阈值,使多数人看起来不达标再配套推荐产品,就容易形成“检测—焦虑—购买”的闭环。此时检测不是科学评估,而是销售脚本的一部分。

高强度干预尤其不能只凭单次商业检测决定

还有更需要谨慎的例子是粪菌移植。粪菌移植在复发性艰难梭菌感染等特定疾病中已有较明确证据,但在广泛大健康、减重、美容、抗衰、情绪改善等场景中仍需严格限定适应证和风险评估

如果一个人原本菌群分值不错没有明确临床适应证,却因为错误参考范围夸大解读而接受粪菌移植,可能破坏自身已有土著菌群生态,引入不可预测的微生物和代谢风险。粪菌移植不是普通保健项目,更不能成为基于单次商业检测结果的轻率选择。

基线的作用,是为干预设置目标和边界

首次基线检测可以在这些场景中发挥“刹车”和“参照”作用。

它让个体和专业人员知道:

  • 干预前的真实状态是什么?
  • 是否真的存在需要干预的偏离?
  • 如果干预,目标是什么?
  • 干预后变化是否朝着合理方向?
  • 是否出现了不必要的生态扰动?

因此,基线检测不是为了让所有人都进入干预流程,而是为了让干预更有依据、更有边界,也更容易被客观评估

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肠道菌群不是越多越好,也不是某个明星菌越高越好

“好菌越多、坏菌越少”是一种过度简化

市场宣传中常见一种简单化表达:某种菌是“好菌”,越多越好;某种菌是“坏菌”,越少越好。这样的说法便于传播,却容易误导

肠道菌群是生态系统,不是单一成分表。许多细菌的意义取决于菌株水平、宿主背景、整体生态位置和代谢环境。

“明星菌”也不能脱离整体生态判断

即便是被广泛关注的有益相关菌,也不意味着所有人都需要补充或越多越健康

 Akkermansia muciniphila 为例,它常被称为黏蛋白降解菌,与肠黏液层代谢、代谢健康等研究方向相关。

在一些研究中,Akkermansia 的相对丰度与代谢指标改善相关,因此成为商业宣传中的“明星菌”。但这并不代表每个人都需要人为提高它,更不代表它越高越好

若一个人的 Akkermansia 已经处在较高水平,同时整体菌群多样性良好、肠道症状不明显、炎症相关指标无异常,盲目追求进一步提升并没有充分科学依据。更极端地说,如果只看某一项指标而忽视整体生态,可能对个体产生错误引导

乳酸菌、双歧杆菌也不是人人都要长期补充

同样,乳酸菌、双歧杆菌等常被公众理解为绝对“好菌”。但成人肠道中双歧杆菌丰度受年龄、饮食、地域和个体差异影响很大

某些乳酸菌产品也可能并不长期定植,更多是短期代谢或免疫调节作用。对于一个本身菌群结构较好的人,长期、重复、大剂量补充多个益生菌产品,不一定带来额外收益,反而可能造成检测解释混乱、症状波动或经济负担。

条件致病菌也不能简单理解为“检出就是有病”

许多潜在致病菌或机会致病菌可以低丰度存在于健康人群中。判断其意义需要结合丰度、毒力基因、宿主症状、炎症指标、免疫状态和临床背景。将“检出某菌”直接等同于“感染”或“需要治疗”,是不严谨的

因此,首次基线检测的一个重要作用,是帮助个体认识自己的菌群是在整体生态中呈现怎样的状态,而不是被单一明星菌或单项异常牵着走。

报告解读应坚持科学、克制和个体化

肠道菌群报告的难点不在于列出菌名,而在于解释。解释过少,用户看不懂;解释过度,又容易造成误导。

科学解读应坚持三个原则:基于证据、结合背景、承认不确定性

基于证据:不能把相关性直接说成诊断结论

基于证据,意味着不能把单篇研究、动物实验或体外实验直接转化为个人诊断。许多菌群与疾病之间是相关关系,不一定是因果关系。即使某菌在某疾病患者中平均升高,也不代表某个健康人该菌升高就会发病。

结合背景:同一个结果,在不同人身上意义不同

结合背景,意味着要询问或记录受检者的年龄、饮食、排便、近期药物、疾病史和干预史

  • 比如近期使用抗生素后多样性下降,与长期慢性炎症状态下的下降意义不同;
  • 长期高蛋白低纤维饮食者蛋白发酵相关菌群偏高,应优先考虑饮食结构;
  • 短期旅行、腹泻、饮酒、熬夜都可能造成一过性变化。

承认不确定性,意味着报告要说明检测边界

粪便菌群主要反映肠腔和脱落菌群,还有部分肠黏膜菌群;DNA 检测不能区分活菌和死菌;相对丰度受其他菌变化影响,不等同于绝对数量;一次检测不能反映长期趋势;菌群功能潜力不等同于实时功能表达。

合理管理建议

个体化并不等于无限定制产品,而是基于个人基线和背景提出合理建议。

对于大多数人,最基础、证据更稳健的建议仍然是:增加多样化植物性食物,保证足够膳食纤维,减少长期高油高糖高加工食品,规律作息,适量运动,避免不必要抗生素,出现持续症状时及时就医。

肠道菌群检测在大健康领域的合理定位

在大健康领域,肠道菌群检测最适合扮演三个角色:教育工具、风险提示工具、随访比较工具

作为教育工具,它可以让人更直观地理解饮食、药物、生活方式与肠道生态的关系。很多人在看到自己膳食纤维相关菌群不足后,更容易接受增加植物性食物的建议。

作为风险提示工具,它可以发现一些值得关注的模式,例如多样性明显降低、机会致病菌显著升高、产丁酸菌群不足、蛋白发酵相关特征突出等。但这些提示需要结合临床和生活背景,不应直接转化为疾病诊断。

作为随访比较工具,它可以用于观察干预前后趋势。尤其当同一实验室、同一方法、相似采样条件下多次检测时,纵向比较往往比不同机构之间横向比较更有意义。

行业规范化需要哪些努力?

肠道菌群检测行业要健康发展,需要从多个层面提升规范性。

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实验室层面

建立标准化采样、运输、DNA 提取、建库测序、生信分析和报告审核流程持续进行质控和能力验证。对于关键性能指标,如重复性、检出限、批间差、污染控制、注释准确性等,应有内部验证和记录

数据库层面

应建设大规模、本土化、结构化、可追溯的人群数据库,并对不同年龄、地域、性别、饮食和健康状态进行分层。数据库建设除了追求样本数量外,还应重视元数据质量

模型层面

应提高透明度和可验证性。健康评分、风险模型和推荐算法应避免黑箱化,至少应在报告或技术说明中解释基本逻辑、适用范围和局限性

报告层面

应使用审慎语言,区分科研关联、健康参考和临床诊断。报告不应夸大不应制造焦虑,不应将所有偏离都导向产品购买。

监管和行业共识层面

需要推动术语标准、质控标准、参考数据库建设规范、报告表达规范和商业宣传边界。肠道菌群检测的发展前景不应建立在短期销售上,而应建立在科学可信和长期复测价值上。

05
寄 语

肠道菌群检测的价值,既不宜被过度放大,也不应被简单忽视。它不能替代临床诊断,也不能仅凭一次检测就判断一个人的整体健康状况,更不应成为商业干预的唯一依据。不过,如果建立在规范实验室、严格质量控制、较大规模本土数据库以及专业解读的基础上,它仍然可以为个体了解自身微生态状况提供一定参考

首次基线检测的意义,正在于记录个体在干预前相对原始的微生态状态。无论是后续的饮食调整、药物使用、益生菌补充,还是疾病治疗和健康管理,都需要一个可比较的起点没有基线,很多个体化建议就缺少参照;没有客观数据库和质量体系,报告中的分数也容易失去实际意义;如果缺少科学边界,检测还可能在无形中增加不必要的健康焦虑

因此,真正有价值的肠道菌群检测,更应该:

  • 帮助人们逐步认识自身菌群生态与身体状态之间的关系,而不是把健康改善单纯依赖于某一种产品或方案;
  • 为专业人员提供辅助参考,帮助判断是否需要干预、如何干预,而不是将检测结果直接转化为过度干预;
  • 干预应建立在个体原有菌群生态特征的基础上,关注其稳定性、适应性和潜在调节能力,而不是简单地把“改变菌群”本身作为目标。

当行业更加重视科学依据、质量控制和长期随访,肠道菌群检测才有可能在大健康和精准健康管理中发挥更稳健的作用。对个体而言,报告上的某个分数并不是最重要的,真正值得保留和关注的,是基于真实基线建立起来的、长期可比较的微生态参考

新一代肠道菌群检测将不止着眼于肠道菌群的构成和变化,而是和其他组学数据一起绘制全面的人体健康数字画像,借助海量的样本和多维度的高通量数据来揭示纷繁复杂的健康状况。

通过将肠道菌群粪便代谢组、血浆代谢组、蛋白组、血液检测、临床记录和生活问卷等这些不同维度的数据在隐空间进行对齐,彻底释放肠道菌群中蕴含的丰富健康信息,也将让我们更加了解肠道菌群的真实边界

也许肠道菌群能告诉我们的比我们自己了解的要多得多,只是这一切都要用真实可靠的海量数据来构建。谷禾正在构建庞大的队列数据集,推动肠道菌群的研究和应用向全新的领域前进,迎来属于肠道菌群的chatGPT时刻。

AI 正在改写微生物组研究,《Nature Microbiology》释放了哪些关键信号?

谷禾健康

人工智能(AI)几乎进入了所有行业,代码秒生成、数据处理效率翻倍,在几秒钟内完成过去需要几小时甚至几天才能完成的信息处理工作。那么,这股AI浪潮会重塑生命科学与医学吗?

放在微生物研究领域,答案是肯定的。更值得讨论的是, AI 正在以什么方式进入微生态研究,又会把这个行业推向哪里

近日,《Nature Microbiology》邀请多位全球微生物组领域研究者,讨论 AI 对微生物组研究的影响。

这些科学家的观点并不单一。他们既看到了 AI 在复杂数据分析、多组学整合、临床变量提取、代谢物发现、疾病预测等方面的巨大潜力,也极具前瞻性地强调:AI 不是魔法,它不能绕过数据质量、实验验证和科学判断

这篇讨论很有价值,它没有把 AI 描述成一个万能答案,也没有把 AI 看成科研的威胁。AI 正在成为微生态研究的一种新基础设施:它帮助人类更快地看见复杂数据中的线索,帮助科学家提出更有价值的问题,也帮助科研、临床、大健康和产业应用之间建立新的连接

而在这背后,一个更加清晰的行业趋势正在出现:AI 能让微生态研究跑得更快;而一场关于数据真实世界场景的终极较量,才刚刚开始。

01
为什么菌群研究天然适合 AI?

菌群研究,本质上是在研究一个高度复杂的生命生态系统。菌群之间会相互竞争、协作,也会影响代谢产物、免疫反应、肠道屏障、炎症水平,甚至与药物反应、饮食结构和疾病进展发生联系。

以色列魏茨曼科学研究所的Eran Elinav教授提到,微生物组领域可以从 AI 革命中受益很多。

因为这个领域面对的正是复杂的微生物群、跨物种相互作用,以及生物活性代谢物与其微生物来源之间的关系

也就是说,AI 最适合介入的地方,正是人类很难直接看清的复杂关系。

过去,研究者经常是先观察现象,再逐步寻找解释;而现在,AI 可以帮助科学家在海量数据中提前发现可能被忽视的线索,让研究从人工寻找线索进入机器辅助提出假设的阶段。

02
从海量数据中找线索,AI 正在改变科研效率

在微生态研究中,数据从来不缺。

宏基因组、代谢组、蛋白组、转录组、免疫指标、临床变量、电子病历、饮食记录、随访数据……这些数据越积越多,那么怎么样从大量信息中找到重要的部分?

从海量候选中,找到最值得验证的信号

美国匹兹堡大学的 Reinhard Hinterleitner 研究微生物代谢物如何影响免疫反应。

他提到,现在很多时候最难的并不是收集数据,而是判断哪些代谢物最可能具有生物活性,并且与疾病真正相关。

在过去,耗费无数科研人员大把青春的,往往不是实验本身,而是先观察到现象,再在长长的候选名单里“撞大运”去寻找解释… 在生命科学里,重要的是找到哪些差异值得继续深入研究下去。如果 AI 能够帮助科学家更快完成筛选,科研效率就会发生实质性变化

这正是 AI 能降维打击的地方。

AI 可以从很长的候选名单中,帮助研究者优先筛选更值得验证的代谢物。它不是直接替科学家完成结论,而是让研究者更快把注意力集中到最有可能产生价值的方向上。

AI正在扩大微生态研究的搜索半径

Karen P. Scott 教授也提到,随着 DNA 测序数据大量产生,分析工作耗时巨大,很多数据甚至还没有被充分挖掘

机器学习工具可以帮助研究者更高效地从巨大数据集中发现新的抗菌蛋白和细菌素

未来,研究者不一定只依赖序列同源性,而可以结合蛋白质三维结构靶点相互作用,寻找具有潜在活性的序列。

这说明 AI 在微生态领域的应用,不仅停留在分析菌群结构,还可能深入到新型抗菌物质发现、微生物功能预测药物开发的早期阶段。

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从这个角度看,AI 正在扩大微生态研究的搜索半径。过去我们只能在有限区域内寻找答案;现在,AI 可以帮助人类把更多被忽略的角落纳入视野。

AI 的本质,不是消灭科学家的工作,而是把科学家从科研高级打字员中解救出来,当工具把寻找线索的速度拉到极致时,他们可以把精力留给科学直觉

03
AI 正在推动微生态研究
从“单点分析”走向“系统理解”

一种菌的变化,可能只是结果,不一定是原因;一个代谢物的升高,可能与疾病相关,但不一定就是治疗靶点;同一种菌群结构,在不同饮食、不同年龄、不同疾病背景下,也可能意味着完全不同的事情。

这也是为什么 AI 的价值不仅是算得更快,而是整合得更多

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比利时根特大学Gerard Bryan Gonzales 提到,AI 可以帮助科学家从大数据中提取潜在变量,在降低维度的同时保留生物学意义。这些潜在变量可能是共同出现的菌群组合,也可能是通路、分子特征或更复杂的生物信号。

从单个指标,走向多组学网络

这句话背后的意义是:AI 可以帮助研究者不再孤立地看某一个菌、某一个指标,而是把微生态系统看成一个整体

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比利时安特卫普大学的 Sarah Lebeer 也提到,AI 正在帮助微生物组研究整合不断扩大的多组学数据,并把它们组织成更连贯的生物网络

虽然她重点研究的是阴道微生物组,并提醒不同生态位之间不能简单套用模型,但她的观点同样适用于整个微生态领域:AI 的价值不只是发现差异,而是帮助我们建立网络化、系统化的理解

未来,研究者更需要理解网络:菌群如何影响代谢物,代谢物如何作用于宿主细胞,宿主免疫状态又如何反过来影响微生态结构。

看见差异理解关系,这是微生态研究走向成熟的重要一步。

从静态结构,走向动态演化

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葡萄牙古尔本基安分子医学研究所的 Isabel Gordo 则进一步提醒我们,肠道菌群并不是静止不变的结构。时间序列宏基因组测序已经显示,肠道中的菌株会在宿主体内持续变化,甚至发生快速演化

是什么驱动了这种进化,以及肠道细菌中特定遗传改变在多大程度上可以作为某种疾病背景的生物标志物,都是具有挑战性的开放问题。

AI 模型可用于挖掘并整合过去一个世纪在微生物遗传学中积累的知识,以及过去十年的微生物组数据,从而帮助回答这一挑战。

这种转变会影响整个行业。

  • 科研可以借助 AI 更快发现新的机制和靶点;
  • 临床研究可以通过 AI 更好理解菌群与疾病进展、治疗反应之间的关系;
  • 大健康领域可以把菌群、饮食、生活方式、营养干预和个体差异放进同一个框架里讨论;
  • 产业端也可以围绕益生菌、益生元、后生元、功能食品、药物辅助治疗等方向产生更多交叉应用。

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04
AI 正在把微生态研究推向临床和真实世界

如果说基础研究关注的是机制,那么临床和真实世界更关注的是:这些研究发现能否在人群中得到验证?

在这方面,AI 的作用同样明显。

当菌群数据遇见电子病历

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梅奥诊所的 Purna Kashyap 教授提到,AI 已经改变了他们从电子健康记录中提取临床结局和复杂临床变量的方式,尤其是在大规模人群数据中。这有助于更好地识别与疾病和结局相关的微生物信号,也可以帮助寻找可能被微生物影响的宿主通路

这意味着,微生态研究正在从实验室数据走向真实世界数据。

过去,科研可能主要围绕样本测序结果展开;现在,如果菌群数据能与电子病历、临床指标、生活方式、饮食、用药、随访结局结合,就可能为疾病风险评估、治疗反应预测和个体化健康管理提供新的参考维度

从算法预测到生物学验证

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日本大阪大学的 Kiyoshi Takeda 教授也提到,微生物与宿主之间的相互作用发生在一个高度复杂的系统中。

AI 可以通过患者和健康个体之间的比较分析,帮助识别疾病相关的肠道微生物、微生物来源的代谢物,以及这些代谢物可能作用的宿主细胞或受体。随后,研究者可以通过小鼠模型等生物学研究验证这些预测,并推动其向人类疾病应用转化

AI 先帮助发现可能的关联;
实验进一步验证机制

临床研究再判断它能否用于人群

AI 让医学和微生态研究之间多了一座桥。

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爱尔兰科克大学的 Niall Patrick Hyland 关注宿主-微生物界面,尤其是微生物组如何影响肠道生理。他认为,随着实验数据越来越复杂,AI 可以更客观地识别生理读数中的模式,减少人为偏差,发现原本难以辨认的信号

同时,AI 在模拟微生物组与药物、外源化合物相互作用方面也有潜力,有助于理解个体反应,并推动微生态治疗的发展。

这一点也很重要。

  • 同样一种饮食方式,为什么有人受益明显,有人变化不大?
  • 同样一种益生菌或营养干预,为什么不同人群结果不同?

这些问题,都可能与微生态有关。AI 的作用,就是帮助我们把这些复杂因素重新组织起来。

05
AI 不只是服务科研,也在改变科研本身

AI 对微生态研究的影响,并不只体现在数据分析上。它也在改变科研工作的组织方式

AI正在进入科研的应用流程

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哈佛医学院的 Marco Jost 提到,机器学习早已是微生物组研究中的常用工具,尤其是在大型组学数据中提取生物信号

但近几年大语言模型带来的变化,更多发生在科研行为本身:它们可以自动化一些繁琐的实验室任务,生成代码初稿,帮助研究者快速了解陌生领域

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杜克大学的 Lawrence A. David 也提到,AI 可以放大科研努力

在他的实验室中,AI 不仅用于管理复杂项目流程,还能把成千上万条食品成分清单转换成用于基因组数据库的精确拉丁物种名称。过去这些任务可能需要研究者花费大量时间,现在可以大幅加速

这些例子说明,AI 正在进入科研工作的底层流程。

它可以整理资料、清洗数据、管理流程、辅助编程、提取元数据、识别错误、汇总文献。看似都是辅助工作,但长期来看,它会改变科研团队的时间分配。

科学家的价值重心正在转移

未来,AI 承担更多基础工作后,人类科学家的价值会更加集中在提出问题、判断方向、设计实验和解释结果上。

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Lawrence A. David 因此提出一个值得思考的问题:既然 AI 越来越擅长写作、编程和统计分析,我们应该如何重新训练未来科学家?

他的答案是,未来更应该重视科学素养,包括:

  • 理解科学现象
  • 提出聪明假设
  • 设计能够真正验证假设的实验

这句话对所有行业都有启发。

在万物皆可被大模型自动化的时代,当工具越来越强,完成某个技术动作不再是门槛,重要的是是否知道应该把工具用在哪里;难的是提出连 AI 都没想到的问题;当 AI 给你一个漂亮答案时,你依然有底气去质疑它是否靠谱

AI 时代,科学家的门槛并没有降低,只是门槛换了位置。

06
AI 很强,但它仍然需要科学边界

谈 AI 的价值,并不意味着忽略它的边界。相反,越是步入生命科学和健康领域的深水区,越需要清楚地知道 AI 能做什么,不能做什么

Eran Elinav 教授提醒,AI 的表现取决于输入数据的质量。它最多可以生成更有信息量的相关性、关联和预测,但理解因果关系和分子机制,仍然需要严谨的实验验证。

这是微生态研究中非常核心的一点。

相关性,不等于因果性

某种菌和某种疾病同时出现,不代表这种菌就是病因。某个代谢物和某种健康状态相关,也不代表它就是干预靶点。AI 可以告诉我们,这里可能有信号,但不能自动证明这就是原因

Purna Kashyap 也提醒,微生物组数据高度稀疏、维度高、非常依赖具体背景。如果再叠加批次效应、研究设计差异和功能注释不完整,AI 模型可能会过拟合,也可能识别出没有生物因果意义的相关性。

模型越复杂,不一定越可靠

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Sean M. Gibbons 的观点更加直接。他认为,对于许多只有几百到几千个样本的生物医学数据集,训练新的深度学习模型在统计上并不总是可行。很多时候,参数更少的传统机器学习模型反而更合适

他还提醒,不能盲目相信 AI 热潮,而应该用人的判断力谨慎地使用 AI。

AI 能提高效率,但不能替代证据等级。
AI 能发现模式,但不能自动完成因果解释。
AI 能生成结论的雏形,但不能承担科学判断的责任。

在微生态领域,这一点尤其重要。

越复杂的领域,越需要强大的工具;也越需要清醒的边界。

07
从描述微生物组到预测、机制与生成模型

尽管科学家们不断提醒 AI 的边界,但他们对 AI 推动微生态研究的未来仍然保持积极态度

疾病关联 → 治疗反应预测

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希腊亚历山大·弗莱明生物医学科学研究中心的 Vasiliki Koliaraki 提到,AI 正在改变我们研究肠道微生物组的方式。

基于宏基因组数据训练的机器学习模型,已经可以识别与炎症性肠病诊断和治疗反应相关的微生物模式

未来,这些能力有望进一步帮助临床前研究,改进我们对微生物组—宿主相互作用的建模,预测哪些微生物可能推动肠道疾病,并设计更有针对性的干预策略

多组学模式 → 机制理解

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密歇根州立大学的Robert A. Quinn 则从代谢组学角度谈到,他们实验室长期使用 AI 工具分析复杂多组学数据,如今更依赖 AI 解释大规模代谢组数据,发现人工难以识别的微生物化学模式

他还提到,深度学习方法正在被用于预测多组学数据中的生物关系,并且在识别模式方面表现出优于传统统计分析的潜力。

这些观点共同指向一个趋势:微生态研究正在从描述走向预测,再进一步走向机制理解

构建“人体-微生物”复合模型

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来自阿根廷立陶宛国立大学的Gabriel Vinderola 提到,他们参与的 Global Microbiome Conservancy 汇集了来自非洲、亚洲、南美和欧洲二十多个国家研究者,关注全球人类微生物组,并加强历史上代表性不足人群的研究能力

AI 和机器学习工具可以整合宏基因组、分离菌株基因组、代谢组、免疫标志物和临床表型,同时帮助拆解生活方式、饮食、地理和宿主遗传等因素之间的相关驱动关系

他的判断很有代表性:微生态研究正在从以描述为主,转向预测性、机制性,甚至生成式的人体metaorganism模型

注:这里的metaorganism,可以理解为人与体内微生物共同构成的复合生命系统。

08
AI 时代,稀缺的是什么?

当 AI 越来越强,很多人会自然把注意力放在算法、模型和算力上。

在微生态领域,稀缺的东西可能还不只是算法

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Paul W. O’Toole 教授提到,他们已经多年使用监督式机器学习,识别基因组或宏基因组中能预测表型和宿主特征的关键特征

他们还使用自然语言处理进行元数据整理筛选超过 12000 条生物样本记录并标记错误;同时,也在利用粪便宏基因组数据进行结直肠癌检测,并通过隐私保护的联邦 AI,让患者元数据不离开诊所。

这说明,AI 要进入医学和健康场景,数据治理、隐私保护、样本质量、元数据标准化同样重要。

没有这些基础,AI 很难稳定发挥价值。

Sean M. Gibbons 也提醒,大模型并不适合所有场景。对于许多生物医学数据,样本量、参数量和统计可行性之间需要匹配

模型越复杂,不一定越好;在数据不足或结构不清晰的情况下,复杂模型反而可能带来更大的不确定性

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微生态行业的关键能力正在重新排序

这给整个行业一个非常现实的提醒:

AI 不是把少量、混乱、低质量的数据变成高质量科学的机器。它只是把数据中的信号和问题,一起放大。如果喂给它的是贫瘠与混乱,它撬动的绝非科学的真相,而是一场更大规模的统计学灾难。

因此,在 AI 时代,微生态行业的关键能力会重新排序。

第一,持续产生高质量数据

第二,建立标准化流程

第三,连接真实世界场景

第四,把菌群数据与饮食、临床、代谢、免疫、生活方式、长期随访结合

第五,把 AI 发现的模式转化为专业、审慎、可验证的解释

这些是微生态行业真正的底层能力。

  • 算法很重要,但算法必须建立在数据土壤之上。
  • 模型很重要,但模型必须接受真实世界和科学验证的校准。
  • 效率很重要,但健康领域更重要的是可靠性。

09
检测是微生态数据体系的重要入口

回到产业层面,肠道菌群检测的意义也需要被重新理解,检测是微生态数据体系的重要入口。

AI再聪明也是吃喂进去的数据

数据对于科研、大健康、临床研究、营养干预、产品开发、疾病风险管理和个体化健康服务,都可能具有长期价值

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数据连接真实场景,产生长期价值

当然,数据的价值不只是多。也需要的是长期、真实、标准化、可解释,并且能够与具体健康场景连接。

  • 一次检测看到的是一个时间点;长期数据看到的是变化趋势;
  • 单一指标看到的是局部信号;多维数据连接起来,有助于互相打通,理解系统关系。

AI 会提高微生态研究和应用的效率,但真正支撑行业长期发展的,仍然是数据积累、标准体系、场景转化、科学验证等

10
结 语

AI正在推动微生物学进入一个发现更快、理解更深的阶段,也让大量沉睡在数据中的线索重新显现,推动了整个研究视角的升级。

菌群检测行业的长期价值,建立在可信的数据之上。随着检测标准、数据体系和验证路径日益完善,当高质量数据持续沉淀,微生态领域将形成更清晰的证据链,这也为产业上下游协作提供更扎实的基础

谷禾也将继续围绕这一入口,通过长期、真实、标准的动态数据积累,将 AI 的算力与高质量的真实世界数据深度耦合推动微生态研究成果更稳健地走向科研转化、产业协同和大众健康应用。

主要参考文献:

Sharma, A. Voices of microbiome researchers in an artificial intelligence era. Nat Microbiol (2026). doi.org/10.1038/s41564-026-02359-7

一文了解16S和宏基因组报告中的耐药风险和耐药基因

谷禾健康

“从来没吃过四环素类抗生素,为什么肠道宏基因组报告里会检出四环素耐药基因?”

很多人第一次看到这类结果时,都会有类似的困惑。“耐药风险”“耐药基因”“抗生素耐药相关通路”“ARGs”等这些是什么意思?

如果报告里还有“β-内酰胺类耐药基因”、“大环内酯类耐药基因”、“耐药风险中等”、“耐药相关基因丰度升高”,就更担心了。

这些担心可以理解,但从专业检测角度看,耐药基因检出并不等于感染不等于临床耐药,也不等于一定吃过抗生素。它更多时候提示的是:在样本中的微生物群落里,存在某些与抗生素耐药相关的遗传信息。

这个信号有参考价值,但它还不是最终结论。它到底意味着什么,要继续看:

  • 是16S推断出来的,还是宏基因组直接检出的?
  • 样本来自肠道,还是来自感染部位?
  • 检出的基因丰度高不高?
  • 有没有对应的病原体?
  • 有没有感染症状和药敏结果支持?

本文会用尽量通俗的语言,系统解释16S测序和宏基因组测序报告中的耐药风险、耐药基因、临床药敏之间到底是什么关系,以及拿到报告后应该如何看待。

01
什么是耐药风险、耐药基因?

报告里的“耐药风险”“耐药基因”,和临床上说的耐药,其实并不是一回事。首先我们来了解一下这些概念:

★ 耐药风险是报告给出的提示

它提醒样本里有一些和耐药相关的信号,但还需要结合样本来源、病原体和临床情况判断。

★ 耐药基因是DNA层面的线索

它说明样本中存在某些与抗生素耐受、降解、外排或修饰相关的遗传信息。但耐药基因存在,不代表一定表达,也不代表正在感染

★ 表型耐药是药敏试验看到的实际表现

也就是把活菌培养出来后,看它对某种抗生素是敏感、中介,还是耐药。临床常见的S、I、R和MIC,主要来自这个层面。

★ 临床耐药是患者真实治疗中的结果

它不仅和细菌有关,还和感染部位、药物浓度、免疫状态、感染灶处理、是否混合感染等因素有关。

简单来说,这几个词的关系可以理解为:

-耐药风险,是提醒
-耐药基因,是线索
-表型耐药,是实验室证据
-临床耐药,是最终综合判断(一般是临床医生下结论)。

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02
16S、tNGS、宏基因组:不同报告里的“耐药”不同

前面我们了解了,耐药风险、耐药基因等大概是什么意思,这一章节,我们来看不同技术报告里的“耐药”有什么区别。

常见的检测包括:16S rRNA、宏基因组mNGS、靶向tNGS。这些技术的检测目标、覆盖范围、敏感性、成本和适用场景不同。

16S rRNA:耐药风险多为间接推断

16S rRNA测序常用于肠道菌群、口腔菌群、阴道菌群、皮肤菌群等微生态评估。

16S 看的是菌群结构,不是完整耐药基因

它主要是在讲:

  • 样本里大概有哪些细菌?
  • 这些细菌比例大概是多少?
  • 菌群结构是否失衡?
  • 是否存在某些机会致病菌增多?

需要强调的是:常规16S测序并不直接检测完整耐药基因

因为16S测的是一个相对保守的标记基因,不是完整基因组。它可以帮助识别细菌组成和丰度,但不能像宏基因组那样直接读取大量功能基因。

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<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

因此,16S报告里的“耐药风险”,多数情况下是基于样本中的细菌组成,再结合数据库中这些菌属或菌种常见携带耐药基因的背景,间接评估样本携带耐药基因的可能性和耐药风险高或者低。

换句话说,16S更适合告诉我们:菌群生态里有没有某些风险信号

它不适合直接回答:这个抗生素到底能不能用。所以,如果16S报告写着“β-内酰胺类耐药风险升高”,更合理的理解是:样本菌群中存在某些与这类耐药背景相关的生态特征,需要结合具体情况看,而不是直接得出“头孢一定无效”。

适用场景

16S里的耐药风险,更适合用于菌群生态观察、健康人群菌群检测、长期趋势评估、阴道/肠道微生态研究、大规模队列或环境耐药组普查等场景,不适合作为临床感染用药的直接依据,只能提供病原菌耐药的风险提示。

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宏基因组:可以发现耐药基因,但不等于药敏

宏基因组测序,也就是mNGS,通常是对样本中的总DNA进行测序

全面探索病原体与耐药线索

它的优势是覆盖范围广,可以无偏倚地全面检测样本中所有微生物的耐药基因,理论上能发现所有已知耐药机制。

宏基因组可以把样本中的DNA片段与耐药基因数据库进行比对。如果某些序列已知耐药基因高度相似,就可能被报告为相应耐药基因。

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比如:

  • bla类基因,常与β-内酰胺类耐药相关;
  • tet类基因,常与四环素类耐药相关;
  • erm类基因,常与大环内酯、林可酰胺等耐药相关;
  • sul类基因,常与磺胺类耐药相关;
  • van类基因,常与万古霉素耐药相关;
  • mcr类基因,常与多黏菌素耐药相关;
  • qnr类基因,常与喹诺酮类耐药相关。

适用场景

相比16S,宏基因组对耐药基因的检测更直接,也更适合病因未明的复杂感染免疫抑制患者感染、经验治疗失败、混合感染等需要全面探索的场景。

它像是在一个复杂样本里尽可能广泛地翻找线索,帮助临床发现罕见或意想不到的病原体和耐药机制

宏基因组也有限制

它受整体测序深度影响对于低丰度病原体中的特定耐药突变,敏感性往往不足,且数据量大、分析周期长、成本相对较高

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tNGS:聚焦重点靶标,敏感性更高

靶向高通量测序,也就是tNGS,是针对临床上最关注的高优先级病原菌和重要耐药基因,设计特异性引物或探针,只检测目标区域

它不像宏基因组那样尽可能检测样本中所有微生物,而是更像带着清单去找重点目标

这种设计有一个明显好处,测序深度集中在目标区域,所以敏感性显著提高,能够检测到低丰度病原体携带的耐药基因和耐药突变,结果也更容易解释,往往能直接对应到具体药物类别。

适用场景

非常适合已经怀疑特定病原体感染需要快速获得精准耐药信息指导临床用药的场景,是平衡检测范围、敏感性和成本的务实选择。

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总的来说,

  • 16S看生态;
  • 宏基因组看全面探索;
  • tNGS看重点靶标。

03
为什么没用过的抗生素,也可能会检出耐药基因?

这是很多人最困惑的地方。

我明明没怎么吃抗生素,为什么报告里会有耐药基因?” 很多人以为耐药基因只有在医院、重症感染或长期抗生素使用者身上才会出现,那么耐药基因的出现,是不是已经很严重了?

先不用这样理解。

抗生素使用确实会促进耐药菌和耐药基因的富集,但它不是唯一原因。原因很简单:

耐药基因广泛存在于自然界和人体微生态中

抗生素并不是人类发明后才出现的。许多抗生素本来就来源于微生物,比如青霉素来自真菌,链霉素来自放线菌。微生物之间在自然界中长期竞争,产生抗菌物质,也进化出保护自己的机制。因此,耐药基因在土壤、水体、动物肠道、人类肠道中本来就可能存在。

人类大规模使用抗生素以后,确实速了耐药基因的筛选和传播,但这不等于每一次耐药基因检出都能追溯到某个人近期吃过抗生素。

一个典型例子:四环素耐药基因

四环素类抗生素曾在畜禽、水产养殖中被广泛使用。长期选择压力下,动物肠道、粪便、养殖废水、养殖场土壤中,都可能富集四环素耐药菌或四环素耐药基因,比如常见的 tet类基因

这些基因可能随着动物粪便进入土壤或水体,也可能通过养殖废水、农田粪肥、蔬菜表面、水产品和肉类加工处理等环节,进入更大的环境循环。人再通过食物、手部接触环境接触,摄入少量相关菌或DNA片段。

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所以,一个人的肠道宏基因组里检出 tet类四环素耐药基因,并不一定说明他近期吃过四环素。它也可能反映食物链、环境暴露社区微生物交换

日常接触,也可能留下低丰度信号

生活中类似的场景也不少。比如:

  • 厨房里生鸡肉、鱼虾、蔬菜、砧板、水槽和手之间会发生接触;
  • 旅行会改变饮食、水源和接触的环境微生物;
  • 宠物外出、接触土壤和其他动物,也可能参与家庭微生物交换。

这些情况通常不意味着感染,也不意味着一定会耐药。但从检测角度看,它们可能让样本中出现一些低丰度的耐药基因信号。

质粒传播:细菌之间的移动U盘

还有一些耐药基因可以通过质粒等可移动遗传元件在细菌之间传播。

可以把质粒理解为细菌之间传递的小型U盘:一个细菌把抵抗某类抗生素的说明书传给另一个细菌,后者就可能获得新的耐药能力。

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不过,检测到耐药基因,并不代表正在发生质粒转移,也不代表它已经转移到了致病菌身上

报告通常只能提示存在相关基因或相关序列,是否具备转移能力、是否在病原菌中、是否表达,还需要更深入的分析或实验验证。

所以,没吃抗生素却检出耐药基因,并不奇怪,

耐药基因的来源可能很多,有些只是微生态里的背景信号,不能只用“有没有吃过抗生素”来解释。

背景信号不等于没有意义需要继续判断的是:这个基因只是背景信号,还是已经和某个明确病原体、某次感染、某类用药产生关系?

这就进入了下一个问题。

04
为什么检出耐药基因,还不能直接变成药敏结论?

耐药基因不是一检出就自动决定能不能用药。它要影响用药判断,中间至少要看几层关系。

第一层:检出的是DNA,不一定是活菌

很多测序检测,尤其是宏基因组测序,看到的是样本里的DNA。DNA可能来自活菌,也可能来自死菌、破碎菌体,甚至是游离DNA片段

比如感染治疗后病原体可能已经被部分清除,但样本里仍然残留一些微生物DNA。这个时候,检测结果可能还能看到相关基因信号,但它不一定代表样本里还有大量活的耐药菌。

第二层:它是不是在真正的病原体身上?

这一步更关键。

同一个耐药基因,如果在普通共生菌身上,和在明确致病菌身上,意义完全不同

比如,粪便样本里检出某个耐药基因,可能来自肠道里的普通共生菌;但如果在血液、脑脊液、肺泡灌洗液等感染相关样本中,同时检出明确病原体和关键耐药基因,临床意义就会明显增加。

问题在于,很多测序结果不一定能准确告诉你:

这个耐药基因到底属于哪个菌?

尤其是宏基因组短读长测序,样本DNA会被打碎成很多片段。报告可能识别出某个片段像耐药基因,也识别出样本里有哪些菌,但未必能百分之百确认这个基因就长在某个具体病原体身上。

第三层:基因存在,不代表正在发挥作用

耐药基因要真正产生耐药效果,通常需要被表达出来

也就是说,DNA层面有这个基因,只说明细菌可能有这套说明书,但这套说明书有没有被读取,相关蛋白有没有产生,产生的量够不够影响药物作用,还要另说。

  • 有些基因可能存在,但表达水平很低。
  • 有些基因可能处在不活跃状态。
  • 有些检测只能看到基因片段,不能直接证明它正在发挥功能。

这也是为什么单纯看到一个耐药基因,不能直接等同于药敏试验里的“R”。

所以这里要分清,基因存在,是潜在能力;真正耐药,要看它有没有形成实际表现。

第四层:它和具体药物有没有明确对应关系?

有些耐药基因和药物类别的关系比较明确,比如某些碳青霉烯酶基因mecA、vanA、vanB、mcr等,临床上会更重视。

但也有一些耐药基因属于较大的基因家族,或者只提示某一类耐药机制,并不能简单对应到某一个药一定无效。

比如,同样是β-内酰胺类耐药相关基因不同基因、不同亚型、不同表达水平,对青霉素类、头孢类、碳青霉烯类药物的影响可能不同

同样是四环素类耐药基因,不同tet基因对应的机制也可能不同,有的是外排泵,有的是核糖体保护蛋白。

所以,要去看它提示的是一个大类风险,还是足以影响具体药物选择的关键机制。

第五层:数据库和算法会影响检出的边界

耐药基因的识别,通常需要把测序片段和数据库进行比对

不同数据库收录的基因不同,命名方式不同,更新速度不同。不同实验室使用的分析流程、相似度阈值、覆盖度标准、报告规则也可能不同

如果一个基因只匹配了很短一段,或者相似度不高,可信度就要谨慎。如果覆盖度高、相似度高、reads数也足够多,结果的可信度才会更强

从背景信号,到用药线索,需要证据链

把这些层次串起来,就会发现:

  • 检出耐药基因,是发现线索;
  • 它在哪个菌身上,是关键问题;
  • 它是否表达,是功能问题;
  • 它能否影响某个药,是机制问题;
  • 它能否指导治疗,是临床问题。

所以,看到耐药基因后,不应该立刻下结论说这个药一定没用。更合适的理解是:报告提示样本里出现了一个耐药相关线索,接下来要判断它是否来自活菌、是否属于真正的病原体、是否是关键耐药机制等。

也就是说,从背景信号影响用药,中间还差一整套证据链。下一步,真正需要看的就是:临床上到底怎么把这些证据串起来。

05
临床真正判断耐药性,主要看什么?

如果患者有明确感染,医生判断耐药性通常会综合病原体、样本来源、培养药敏、感染部位、患者状态和治疗反应。

首先看检出的病原体是否符合临床表现

  • 痰液中检出多种口腔菌,不一定代表肺部感染;
  • 尿液中少量皮肤菌,可能是采样污染;
  • 粪便中检出机会致病菌,也不一定代表肠道感染;
  • 皮肤、口腔、阴道样本本身就含有大量正常微生物,不能看到一个菌就认定为致病菌。

判断病原体意义,要结合患者症状、感染部位、样本类型、采样质量、炎症指标、影像学表现、是否来自无菌部位、是否重复检出、菌量或序列丰度、既往病史和免疫状态。

其次,培养和药敏仍然重要

传统培养虽然有局限,比如生长慢、厌氧菌难培养、使用抗生素后阳性率下降,但它能获得活菌,是药敏试验的基础

对于许多感染来说,培养阳性并结合药敏,仍然是指导抗感染治疗的核心依据。

药敏试验通常报告为S、I、R

MIC是最低抑菌浓度,也就是抑制细菌可见生长所需的最低药物浓度。

但MIC也不是孤立指标。它要结合药物在人体内的药代动力学和药效学,也就是药物能否在感染部位达到足够浓度

比如,有些药物在尿液中浓度很高,对尿路感染可能有效;但同样的药物在肺组织、脑脊液或脓肿内浓度不足,就未必适用。

第三,关键耐药基因需重视,但也要看归属

不同耐药基因的临床意义不同。有些基因具有较强提示意义,比如:

  • mecA、mecC:提示金黄色葡萄球菌可能为MRSA;
  • vanA、vanB:提示肠球菌可能对万古霉素耐药;
  • blaKPC、blaNDM、blaOXA-48-like:提示碳青霉烯酶风险;
  • mcr:提示多黏菌素耐药风险;
  • erm、tet、sul等:提示相应类别耐药可能。

这些基因值得重视,但仍然要看它是否与对应病原体关联,是否有足够覆盖度和丰度,是否与临床培养药敏一致。

一个粪便样本里的低丰度tet基因,和一个血流感染样本中高可信度blaNDM基因,临床意义完全不同。

最后,还要看感染部位和药物可达性

临床用药不是只看敏感或耐药。

  • 脑膜炎要考虑脑脊液穿透;
  • 肺部感染要考虑肺组织和上皮衬液浓度;
  • 尿路感染要看尿药浓度;
  • 骨关节感染往往疗程更长;
  • 脓肿常常需要引流;
  • 生物膜相关感染可能需要取出异物或联合治疗。

所以,耐药基因只是抗感染决策中的一个维度不能单独决定治疗方案。

06
报告里的“高风险”,高的到底是什么?

报告里的“高风险”,通常不是临床诊断等级,也不等于疾病严重程度。它更多是在说:根据这份样本和这套检测方法,报告发现了一些相对更值得注意的耐药相关信号

那这个“高”,到底可能高在哪里?

可能是reads数比较高

报告会写 reads数。reads数可以简单理解为:有多少测序片段支持这个菌或这个基因的存在。

一般来说,reads数越多,说明检测到的证据越多;但它不能单独决定严重程度。因为reads数会受到很多因素影响,比如样本总DNA量、宿主DNA比例、测序深度、基因长度、样本保存质量等。

临床解读时,低reads结果尤其要谨慎。

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<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

可能是占比更高

相对丰度表示某个菌或某个基因,在样本可识别微生物或基因中的占比。

它适合看结构变化,但不能直接等同于绝对数量

比如,一个耐药基因的相对丰度升高,可能是它本身增加了;也可能是其他菌减少了,导致它的比例看起来变高。

所以,相对丰度高,说明它在这个样本里的占比更突出;但不等于体内一定有大量耐药菌。

在谷禾的检测报告中,会加入“在标本中浓度”、“信号强度”等指标,提供拷贝数、copies/mL、copies/g等。对判断病原负荷和变化趋势更有帮助。

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<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

可能是比对结果更可靠

有些报告里还可能出现相似度、覆盖度、测序深度这类指标。

这些指标主要用来判断:测序片段和数据库里的目标基因,匹配得像不像、覆盖得全不全、证据够不够扎实。

如果一个耐药基因只匹配到很短一段,或者相似度不高,就要谨慎解读


如果相似度高、覆盖度高、reads数也足够多,说明这个检出结果更可靠

07
耐药基因检出的意义:不是替代药敏,是帮助少走弯路

既然耐药基因不能直接等于感染,也不能直接等于药敏,那检出来到底有什么意义?

反复用药效果不好时,它能提醒尽早换思路

临床上有些患者,尤其是老年人、基础病多、反复感染的人,可能已经经历过好几轮抗生素治疗。

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一开始是经验用药,效果不好换一种,还是不好,才进一步做培养、药敏,或者更深入的病原检测。

这个过程中,患者可能已经经历了较长时间的感染、反复发热、炎症指标不降,甚至住院时间延长。

如果前期就能看到一些耐药相关线索,至少可以提醒:这个人可能存在较高的耐药背景,常规经验用药未必合适,必要时应该尽早做培养和药敏,或者结合mNGS、tNGS等检测进一步判断。

某患者A,因反复腹泻、腹痛,使用抗生素后疗效不佳。

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<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

谷禾宏基因组菌群检测报告提示,核心共生菌 Faecalibacterium prausnitzii 中检出 tet(W),提示四环素类耐药基因可能已进入稳定共生菌群。

肠道优势菌Bacteroides中检出 cepA、cblA。这类菌本就是肠道常驻菌,如果携带β-内酰胺类相关耐药基因,提示患者肠道厌氧菌群可能存在较稳定的β-内酰胺耐药背景;在后续腹腔、肠源性混合感染风险评估中,经验性使用青霉素类、部分头孢类药物时就应更加谨慎,而不是简单继续轮换抗生素。

此外,Enterococcus 中检出 vanD,提示需关注糖肽类耐药风险;E. coli 中检出 arsC,提示菌群还可能存在环境金属抗性压力。该报告帮助医生从继续试药转向结合感染部位、病原学、药敏结果和菌群修复的综合管理

在重症和疑难感染中,它能让判断更有方向

普通感染中,医生有时可以根据经验治疗,再根据疗效调整。

但在重症感染免疫抑制患者感染、血流感染、重症肺炎、脑膜炎等场景里,试错成本会明显升高

若能更早获得病原体和耐药相关信息,就可能帮助医生更快判断:哪些抗生素可能覆盖不足,哪些耐药机制需要警惕,是否需要联合用药,是否需要尽快补做培养和药敏,或者调整诊疗方向。

在健康管理中,它更偏向预防性参考

有些报告不是为了诊断一次急性感染,而是用于健康管理或微生态评估

这类报告里的耐药风险,更多是预防为主。它可以提供一个背景信息:

  • 这个人的菌群里是否存在较多耐药相关信号,
  • 是否有长期抗生素暴露后的菌群恢复问题,
  • 是否有某些药物类别相关的耐药基因偏多
  • 未来使用抗生素时是否需要更谨慎

比如老年人、长期住院者、肿瘤患者、反复尿路感染或呼吸道感染的人,如果报告提示耐药背景较高,就更不适合随意、反复地经验用药。

在感染控制中,它也可能有提示价值

有些耐药基因不仅影响个体治疗,也有传播风险

比如某些碳青霉烯酶基因、万古霉素耐药相关基因、多黏菌素耐药基因,如果出现在医院环境、重症病房或高风险患者身上,就可能提示需要关注感染控制问题。

这时,耐药基因结果不仅是这个人用什么药,也可能是在提醒:这个耐药风险会不会在更大范围内传播

可能帮助医院更早识别需要关注的人群或环境,配合隔离、手卫生、环境消毒、抗菌药物管理等措施,减少耐药菌传播

对公共卫生耐药基因的监测

耐药基因库是公共卫生关注的重要内容。社区、医院、养殖业、污水系统中的耐药基因传播,可能增加未来耐药感染风险。因此,在群体水平监测耐药基因非常有意义。

但对个体来说,不能把公共卫生风险直接等同于个人疾病诊断。

所以,耐药基因检出的意义,不是把报告变成处方。更准确地说,它的价值在于:

  • 提前提示耐药背景;
  • 帮助减少盲目用药;
  • 提醒必要时尽早做培养和药敏;
  • 在疑难、重症、反复感染中提供方向;
  • 对高风险人群起到预防性参考作用。

08
要点总结

误区一

× 检出耐药基因就是耐药感染

这是最常见误区。耐药基因是遗传信息,感染是临床疾病,二者不是一回事。

误区二

× 没检出耐药基因就一定不耐药

反过来也不能这样理解。可能数据库未收录相关机制,可能检测深度不足,可能耐药来自突变、表达调控、生物膜或其他非典型机制。

误区三

× 16S能准确判断用什么抗生素

常规16S rRNA测序主要看菌群组成,不是直接检测完整耐药基因。它报告里的耐药风险,很多时候是根据菌群结构和数据库背景做出的间接推断。

16S更适合做微生态评估和风险提示,不适合直接决定抗生素怎么用。

误区四

× 宏基因组能完全替代培养药敏

宏基因组很有价值,尤其在难培养、用药后、疑难感染中。但它不能完全替代培养和药敏,特别是在需要精准用药时。

误区五

× 耐药基因越多越需要治疗

健康人群或肠道菌群报告中,耐药基因多不代表需要治疗。滥用抗生素反而可能加重菌群紊乱和耐药选择压力。

对于没有感染证据的人来说,重点不是清除耐药基因,而是合理用药、减少不必要抗生素暴露、保护肠道微生态。

误区六

× 耐药基因说明生活不卫生

耐药基因广泛存在于环境和人体微生态中,不能简单归因于个人卫生问题。

误区七

× 耐药基因就是“超级细菌”

所谓“超级细菌”,通常指对多种抗生素耐药、治疗选择有限、可能导致严重感染的细菌。

耐药基因可能参与这种情况,但单独检出某个耐药基因,并不等于体内已经有了超级细菌。

肠道微生物群是污染物诱发生理功能障碍的核心介导者

谷禾健康

环境污染

环境污染已成为普遍的全球健康威胁,但其影响远远超出了直接的器官毒性。越来越多的证据表明,肠道微生物群是污染物诱发生理功能障碍的核心介导者。本文主要探讨和关注包括空气污染物、重金属、持久性有机污染物新兴污染物如何扰动微生物组成、代谢活性宿主-微生物信号传递的最新进展。

污染物暴露会改变微生物来源的代谢产物,如短链脂肪酸、胆汁酸色氨酸衍生物,从而损害肠道屏障的完整性和免疫稳态。这些微生物群驱动的干扰会引发氧化应激、慢性炎症神经内分泌失调,导致代谢紊乱、免疫失衡、神经毒性和致癌

从众多的文献得出的机制上看,氧化还原失衡TLR4/NF-κB和NLRP3通路的激活以及 AhR信号失调是连接环境暴露于疾病的关键交叉点。

本文整合170多篇发表的研究成果,包括流行病学调查、动物实验、体外研究和多组学研究。通过系统总结各种污染物如何影响微生物组成和代谢功能,以及微生物菌群失调如何影响宿主的新陈代谢、免疫和神经生理,构建一个机制框架,描述“环境暴露→微生物群破坏→宿主功能障碍→疾病发展”的级联反应。

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还讨论了这一新兴领域面临的关键挑战,包括对复杂污染物混合物进行更精确评估、因果关系的识别,以及微生物与宿主之间分子相互作用的阐明。

希望以深化对环境污染和肠道健康影响的理解,指导针对微生物群的疾病预防和环境风险缓解策略的发展。

01
肠道微生物群作为环境毒理学的新靶点

▸ 肠道菌群

人类肠道中蕴藏着庞大且多样的微生物群落,随着个体的成长,饮食和环境等会因内部或外部干扰而波动。肠道微生物群承担四项对人体健康至关重要的基本功能:代谢调节、免疫调节、屏障保护神经行为交流

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

▸ 污染物

在现代社会中,环境污染已成为对人类健康的隐蔽而普遍的威胁。环境中存在各种污染物,主要包括空气污染物、重金属、持久性有机污染物(POPs)和新兴污染物

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

▸ 主要环境污染物及其进入人体的途径

环境污染物种类繁多,来源复杂,可通过不同途径进入人体,并影响多个器官系统

常见的环境污染包括空气污染、水污染、土壤污染,以及放射性污染、光污染噪音污染等。其中,空气污染物、重金属、持久性有机污染物和新兴污染物与人体健康关系尤为密切。

★ 环境污染物既直接损伤器官,也能通过干扰肠道菌群影响健康

近年来,越来越多研究发现,这些污染物不仅会直接损伤肺、肝、肾、神经系统和胃肠道等器官,还可能通过改变肠道微生物群影响人体健康

肠道微生物群参与营养代谢、免疫调节和肠道屏障维持,因此一旦菌群平衡被破坏,可能进一步引发炎症、代谢紊乱和多种系统性疾病。

㈠空气污染物

空气污染物包括多种气体和颗粒物,例如:

  • 颗粒物:PM2.5、PM10;
  • 氮氧化物:NO、NO₂、NOx;
  • 含硫化合物:SO₂、H₂S;
  • 含氮气体:NH₃、NOx;
  • 光化学氧化剂:臭氧(O₃)、过氧乙酰硝酸酯(PAN);
  • 一氧化碳:CO;
  • 持久性有机污染物:POPs。

其中,PM2.5、臭氧和二氧化氮是最受关注的空气污染物。它们在全球分布并不均匀通常在工业化程度高、人口密集、交通繁忙的地区浓度较高。其主要来源包括工业排放、汽车尾气和生物质燃烧。

空气污染物可以在大气中悬浮较长时间,并随气流进行远距离运输。人体接触空气污染物最主要的途径是吸入。污染物进入呼吸道和肺部后,可引起局部炎症和氧化应激;部分污染物或其诱导的炎症信号还可能通过血液循环影响全身器官,包括肝脏、胃肠道和肠道微生物群。

因此,空气污染的影响并不局限于肺部。它还可能通过肺—肠轴改变肠道微生态,破坏肠道屏障,并进一步影响免疫和代谢功能

㈡重金属

重金属也是重要的环境污染物,常见类型包括(Pb)、(Hg)、(Cd)和(As)。

这些重金属广泛存在于土壤、水体和沉积物中,主要来源包括采矿、冶炼、工业生产、污水排放,以及农业中含金属化肥和农药的使用。由于重金属不能被自然降解,它们会长期残留在环境中,并通过食物链逐渐富集

人类接触重金属的主要途径包括

  • 摄入受污染的农作物;
  • 饮用受污染的水;
  • 食用受污染的水产品;
  • 皮肤接触受污染的土壤或水体。

重金属进入人体后,可能损伤肝脏、肾脏、神经系统和免疫系统。同时,它们也可能改变肠道菌群组成,影响肠道屏障功能,并通过微生物代谢改变加重毒性效应

㈢持久性有机污染物(POPs)

持久性有机污染物,简称 POPs,是一类难以降解、容易在脂肪组织中积累的有毒化学物质。常见POPs包括多氯联苯(PCBs)、二噁英有机氯农药等。

这些化合物曾被广泛用于工业和农业生产。虽然许多 POPs 目前已经被禁止或限制使用,但由于它们化学性质稳定、脂溶性强,仍然可以长期存在于全球生态系统中。

POPs还具有远距离迁移能力。它们可以随着大气环流、水流和食物链传播到远离污染源的地区,因此具有全球性污染特征。

人体接触 POPs 的主要途径是饮食摄入,尤其是摄入脂肪含量较高的食物,如肉类、乳制品和部分水产品。此外,人体也可能通过吸入污染空气或皮肤接触而暴露于 POPs。

POPs 进入人体后,可影响内分泌、免疫、代谢和神经系统。近年来研究还发现,POPs 可能通过改变肠道微生物群,进一步影响胆汁酸代谢、炎症反应和能量代谢

㈣新兴污染物

近年来,新兴污染物逐渐受到关注,典型代表包括微塑料药品个人护理用品污染物(PPCPs)。

微塑料主要来源于塑料垃圾的分解、工业生产过程以及日常塑料制品的磨损。它们已经广泛存在于海洋、河流、湖泊、土壤甚至饮用水中。

PPCPs 包括药物、化妆品、防晒剂、清洁用品和个人护理产品中的化学成分。这些物质主要通过生活污水、医院废水和工业排放进入环境。

人类可能通过以下途径接触这些新兴污染物

  • 饮用受污染的水;
  • 食用受污染的食物,尤其是海鲜;
  • 吸入空气中的微塑料颗粒;
  • 使用含相关化学物质的日用品。

与传统污染物相比,新兴污染物的使用历史相对较短,环境行为和健康效应仍在研究中。目前对其长期影响,特别是对肠道微生物群的影响,证据仍然有限。因此,新兴污染物的健康风险评估仍需要更多长期研究支持。

主要环境污染物类别、代表性来源及暴露途径

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

★ 环境污染物暴露的共同特点

不同污染物的来源和进入人体的途径有所不同,但它们有一个共同特点:人体往往不是一次性接触单一污染物,而是长期、低剂量、同时接触多种污染物

这种长期低剂量混合暴露更接近真实生活情境。例如,一个人可能同时通过空气吸入PM2.5,通过饮食摄入POPs或重金属,又通过饮用水接触微塑料和药物残留。多种污染物共同作用时,可能产生更复杂的健康影响。

▸ 肠道菌群在污染物健康效应中的作用

肠道微生物群被污染物扰乱后,可能通过以下方式影响健康:

  • 改变营养物质和胆汁酸代谢;
  • 破坏肠道屏障,增加肠道通透性;
  • 诱发局部或全身炎症;
  • 干扰免疫系统平衡;
  • 影响宿主能量代谢和神经内分泌功能。

因此,污染物对人体的影响并不一定只是“污染物直接损伤器官”这么简单。很多情况下,污染物可能先改变肠道微生态,再通过微生物代谢产物、免疫信号和炎症反应影响全身健康

★ 肠道微生物群作为环境毒理学的新靶点

传统毒理学研究主要关注污染物对重要器官的直接损伤,例如肺、肝、肾和神经系统损害。但近年来,越来越多证据表明,肠道微生物群也是环境污染物作用的重要靶点。

这些发现重塑了环境毒理学的概念框架,表明肠道微生物群不仅是被动旁观者,更是污染物诱发生理变化的主动介导者。这一范式转变提出了一个关键的科学问题:环境污染物是否通过扰动肠道微生物群,诱发宿主生理功能障碍和疾病?

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

02
主要环境污染物对肠道微生物群的影响

为了明确污染物选择标准,我们重点关注了四大类:空气污染物、重金属、持久性有机污染物(POPs)和新兴污染物。这些基于其全球流行率、对肠道微生物群的充分记录影响,以及世界卫生组织(WHO)、美国环保署(USEPA)和国家环境机构等监管机构日益关注。

每个类别都包含具有大量肠道微生物群调节证据的代表性化合物,可以提供一个全面且聚焦的污染物-微生物群-宿主相互作用跨化学类别的概述。

代表性污染物对肠道微生物群的影响及相关健康结果

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

▸ 空气污染物及其对肠道微生物群的影响

空气污染是全球重要的公共卫生问题。它的成分非常复杂,既包括空气中的颗粒物,也包括多种气体污染物。其中,最受关注的包括细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O₃)和氮氧化物(NOx)。

过去,人们更多关注空气污染对呼吸系统和心血管系统的危害。近年来,越来越多研究发现,空气污染还可能通过 “肺—肠轴” 影响肠道微生物群。也就是说,污染物被吸入肺部后,不仅会引起局部炎症,还可能通过血液循环、免疫反应和代谢改变影响肠道环境,最终导致肠道菌群失调,并增加多种系统性疾病的风险

①细颗粒物(PM2.5)

PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5微米的细小颗粒物。由于颗粒很小,它们可以被吸入肺部深处,甚至到达肺泡。PM2.5 还具有较大的表面积,容易吸附重金属、多环芳烃等有毒物质,因此可能携带多种有害成分进入人体。

吸入后,PM2.5 可能通过血液或淋巴系统进入身体其他部位,包括肠道,并改变肠道微生物的组成。流行病学研究和动物实验均显示,PM2.5 暴露与肠道菌群变化有关,而且这种影响可能与暴露浓度和暴露时间有关。

在人群研究中,长期暴露于高 PM2.5 环境的人群,尤其是居住在交通繁忙或工业区附近者,其肠道微生物α多样性显著下降

注:α多样性反映菌群的丰富度和均衡性,其降低意味着物种减少、生态稳定性减弱

PM2.5的影响亦可发生于生命早期。一项纳入168852名母亲的队列研究显示,孕期较高 PM2.5 暴露与早产风险增加相关,提示空气污染不仅危害孕妇健康,也可能影响胎儿发育及妊娠结局

动物实验进一步支持上述发现。例如,小鼠长期暴露于约 70.9 ± 26.8 μg/m³ 的浓缩颗粒物后,出现肠道屏障受损菌群结构改变,可能与 TLR2/5–MyD88–NLRP3 信号通路激活有关,该通路与免疫炎症反应密切相关。

另一研究中,小鼠暴露于 198.5 μg/m³ PM2.5 后,先出现短暂体重下降,随后发生代偿性增加,同时伴随肠道微环境及代谢通路显著变化,表明 PM2.5 可同时影响菌群与能量代谢

此外,通过气溶胶浓缩系统对雄性 C57BL/6J 小鼠进行 PM2.5 暴露,并结合抗生素清除菌群及粪菌移植实验发现,PM2.5 引起的葡萄糖代谢异常与肠道菌群失衡密切相关。

进一步分析表明,短链脂肪酸(SCFAs),尤其是乙酸盐,是关键代谢环节。补充乙酸盐可部分缓解代谢异常,提示肠道菌群可能是 PM2.5 影响葡萄糖代谢的重要中介。

②臭氧(O₃)和氮氧化物(NOx)

臭氧(O₃)由三个氧原子组成,具有强氧化性。平流层臭氧可阻挡紫外线,而近地面臭氧则是重要空气污染物,近年来已成为中国及其他快速发展地区的突出环境问题。

臭氧对肠道微生物群的影响主要通过氧化应激和全身炎症间接实现。氧化应激指体内氧化物质过多,超出清除能力,从而引发细胞损伤和炎症

研究显示,将健康大鼠及心血管疾病易感大鼠暴露于不同浓度臭氧4小时后,其肺和肾出现不同程度炎症反应。尽管未直接观察到肠道损伤,但全身炎症已被激活,提示臭氧可能通过免疫与氧化应激通路间接改变肠道微环境和菌群

氮氧化物(NOx),主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂),是交通污染的重要来源。研究发现,交通相关空气污染与肠道菌群变化空腹血糖升高有关。

具体而言,污染暴露与拟杆菌科Bacteroidaceae丰度下降瘤胃球菌科Ruminococcaceae丰度升高相关;前者减少、后者增加均与空腹血糖升高相关。

路径分析显示,这两类菌群变化可解释交通污染与空腹血糖升高约 24%–29% 的关联,表明空气污染可能部分通过改变肠道菌群影响宿主的葡萄糖代谢

总体来看,空气污染不仅会损害肺部和心血管系统,也可能通过肺—肠轴影响肠道微生物群PM2.5、臭氧和氮氧化物等污染物可以通过炎症反应、氧化应激、肠道屏障损伤和代谢通路改变,导致肠道菌群失衡。

这些菌群变化又可能进一步影响葡萄糖代谢、免疫状态和全身健康。因此,肠道微生物群可能是连接空气污染暴露与代谢性疾病、炎症性疾病等健康风险之间的重要桥梁。

▸ 重金属对肠道微生物群的影响

重金属是一类常见的环境污染物。它们有两个重要特点:不容易被降解,并且可能在生物体内不断积累。常见的重金属包括砷、镉、铅、汞等。人类接触重金属的主要途径包括食用受污染的食物、饮用受污染的水,以及职业或生活环境中的长期接触。

长期暴露可带来多种健康风险,如增加癌症发生、造成DNA损伤、干扰免疫功能,甚至引发不可逆的组织损害。

近年来研究表明,重金属除直接损伤器官外,还可通过影响肠道微生物群和肠道屏障危害健康。其在肠道内会对菌群产生选择压力,促使耐受菌增殖,并通过诱导氧化应激、改变基因表达,破坏肠道微生态平衡

不同重金属的毒性机制各异,对肠道菌群及人体健康的影响也存在差别。

①砷:可改变肠道菌群,并影响全身代谢

砷可以以不同形式存在,主要包括无机砷和有机砷。其中,无机砷,如三价砷和五价砷,毒性通常更强。对人类来说,受污染的饮用水是砷暴露的重要来源。在一些地区,例如孟加拉国以及中国西部部分地区,地下水中的砷含量可能超过安全限值。

流行病学研究表明,高砷暴露肠道菌群结构改变相关。例如,生活在砷污染地区的儿童肠道中变形菌门丰度升高,同时富集与毒力和抗生素耐药相关的功能基因。

注:变形菌门包含多种机会致病菌或病原菌,如大肠杆菌、幽门螺杆菌、克雷伯氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌、铜绿假单胞菌、霍乱弧菌和空肠弯曲菌等,其增多通常提示肠道微生态失衡

此外,从这些儿童体内分离的大肠杆菌携带砷抗性基因且表达增强,表明长期砷暴露可促使肠道细菌获得或强化抗砷能力。

动物实验亦支持这一结论:小鼠经饮水长期暴露于不同浓度砷后,出现肝损伤及菌群失调;暴露数周的无机砷亦可显著改变肠道微生物结构

代谢组学分析进一步发现,砷暴露会引起血液、肝脏和粪便中多种代谢物异常,其中多与肠道微生物相关,提示砷不仅改变菌群组成,还影响其代谢功能,并扰乱全身代谢平衡

②镉:可能通过“肠—脑轴”影响认知功能

是环境中较常见的重金属污染物。它们的肠道毒性机制有一定相似性:都可能诱发氧化应激,破坏肠道微生态平衡,并促进某些耐受重金属的细菌增殖。

镉主要通过饮食进入人体,尤其来源于受污染土壤中种植的农作物,如稻米等主食。

动物研究表明,长期摄入含镉饮水可导致肠道菌群失调影响神经功能。例如,小鼠连续 9 周暴露于一定浓度镉后出现认知损伤;同时伴随肠道屏障受损、炎症因子变化、海马相关基因表达异常,以及肠源性神经活性代谢物紊乱

这些结果提示,镉的神经毒性不仅源于对大脑的直接作用,也可能通过肠—脑轴间接实现,其中肠道菌群屏障功能是关键中介。

此外,研究还发现镉暴露可抑制呼吸代谢免疫反应,诱导氧化应激,并改变能量代谢相关基因表达,可能反映机体对长期镉胁迫的适应性反应。

铅:可能促进耐重金属细菌增加

铅的暴露途径与镉相似,主要来自受污染的食物、水及环境或职业接触。

一项纳入696名参与者的研究发现,尿铅水平与肠道菌群多样性变化相关:尿铅较高者肠道中变形菌门伯克氏菌目等细菌丰度增加

这表明铅可能通过改变肠道微生态,促进耐重金属的机会性细菌生长,进而削弱菌群稳定性,并增加炎症或感染风险

④汞:可能损伤肠道屏障,并通过食物链累积

汞可在环境中转化为毒性更强甲基汞,并在食物链中逐级富集。人类主要通过食用鱼类,尤其是处于食物链高位的大型掠食性鱼类而暴露。

鱼类实验表明,膳食甲基汞未必导致急性死亡,但在体内累积至一定水平后,会显著影响其生长、繁殖和行为;野外研究亦提示,低剂量暴露也可能影响种群稳定。

在人类和哺乳动物中,无机汞和甲基汞均具有神经毒性和免疫毒性。相较之下,其对肠道上皮和菌群的直接影响研究较少。

细胞实验显示,肠上皮细胞暴露于无机汞或甲基汞后,氧化还原平衡被破坏,通透性增加,紧密连接受损,即肠道屏障变“更漏”

因此,肠道屏障损伤可能是汞引发全身毒性的重要途径之一。

★ 肠道微生物也会“改造”重金属

重金属进入肠道后并非保持不变,肠道微生物可通过酶系统和氧化还原反应参与其转化。

例如,部分微生物可对砷和汞进行甲基化或去甲基化,改变其化学形态、毒性及吸收程度硫酸盐还原菌可将无机汞转化为更易吸收且神经毒性更强的甲基汞;而其他微生物过程则可能将其转化为更难吸收或更易排出的形式,从而降低毒性

此外,铬、硒等元素也可被微生物改变价态,不同价态对应不同毒性和健康风险。

这些转化受微生物基因调控,如编码金属还原酶、氧化酶和转运蛋白的基因;在长期暴露下,这些基因可能富集,使菌群逐步适应重金属压力

因此,肠道微生物对重金属的转化具有“双刃剑”效应:既可能降低毒性,也可能生成更易吸收、危害更大的形式。

▸ 持久性有机污染物对肠道微生物群的影响

持久性有机污染物,简称 POPs,是一类很难在环境中降解的有毒化学物质。它们通常容易溶解在脂肪中,因此会在动物和人体内长期积累。POPs还可以随着空气、水流和食物链传播到很远的地方。

常见的 POPs 包括:

  • 多氯联苯,即 PCBs;
  • 二噁英,如 TCDD;
  • 有机氯农药,如 DDT;
  • 多溴二苯醚,即 PBDEs,常见于阻燃剂中。

这些物质可以通过食物链不断富集。例如,小鱼摄入污染物后被大鱼吃掉,大鱼又被人类或其他动物食用,污染物浓度就会一级一级升高。因此,POPs 不仅会影响生态系统,也可能危害人体健康

近年来,肠道微生物群逐渐受到关注。研究发现,肠道微生物并不只是被 POPs 影响的“受害者”,它们还可能参与污染物的代谢,并影响宿主对污染物的反应。也就是说,POPs 会改变肠道菌群,而肠道菌群的变化又可能进一步影响人体的代谢、免疫功能,甚至神经行为

①PCBs和TCDD:通过 AhR 影响肠道和免疫

PCBs 和 TCDD 可激活芳基烃受体(AhR),这一细胞内“环境感应器”参与外源化学物代谢免疫调控

AhR 被激活后,宿主细胞与肠道微生物的基因表达均可能改变,打破菌群平衡,导致失调并损害肠道功能

尽管PCBs已被管控多年,但因其高度稳定,仍广泛存在。动物研究发现,母体暴露于 PCB-126 会使成年后代肠道菌群的丰富度和多样性下降,并改变特定菌群组成,从而可能增加其晚年慢性疾病风险,这种影响并不完全依赖于饮食或运动。

机制上,PCB 通过激活 AhR 上调炎症因子(如 IL-6、TNF-α)表达,使肠道处于长期低度炎症状态,抑制有益菌生长并加剧菌群失衡

②TCDD:影响胆汁酸代谢和肠道-肝轴

TCDD 是一类高毒性的二噁英,可持续激活 AhR,并影响肠道菌群及宿主代谢

小鼠研究表明,TCDD 暴露会改变胆汁酸代谢,并可能诱发非酒精性脂肪肝(NAFLD)。同时,肠道菌群发生变化,如乳酸杆菌增多次级胆汁酸水平升高

宏基因组分析进一步发现,与胆汁酸合成相关的微生物基因也发生改变,提示 TCDD 可能通过“肠道-肝轴”影响肝脏功能,即菌群变化影响胆汁酸代谢,进而作用于肝脏。

另一项研究显示,母体在妊娠和哺乳期暴露于 TCDD,高剂量会导致母体及后代菌群失调、色氨酸代谢紊乱,并增加潜在致病菌

但也有研究发现,低剂量 TCDD 在某些情况下反而减少后代肠道致病菌,提示其对肠道微生物的影响具有剂量依赖性,甚至可能产生相反效应,并具有跨代影响

③DDT和PBDEs:也会扰乱肠道菌群

DDT 是曾广泛使用的有机氯农药,虽已在多国被限制或禁用,但因其高度稳定,仍可在土壤、水体和生物体内检测到。

PBDEs 是用于塑料、纺织品电子产品的阻燃剂,亦属常见持久性有机污染物,其结构和毒理作用与 PCBs 部分相似。

研究表明,DDT 和 PBDEs 均可改变肠道微生物群,如减少有益菌、增加与炎症或代谢紊乱相关的菌群。但其影响受暴露剂量、时间、物种、饮食个体原有菌群状态等多因素调控,因此具有明显的情境依赖性。

有研究发现,围产期暴露 PBDE-47 会干扰后代肠道菌群发育、组成及代谢;而孕期和哺乳期补充罗伊氏乳杆菌Lactobacillus reuteri)可在性别依赖性下缓解这些影响,恢复菌群多样性,并改善体重和神经行为表现。

总体来看,POPs 不只是直接损害器官和组织,它们还会通过改变肠道微生物群影响健康。PCBs、TCDD、DDT 和 PBDEs 等污染物都可能破坏肠道菌群平衡,并进一步影响炎症反应、胆汁酸代谢、色氨酸代谢以及肠道-肝轴功能

换句话说,肠道微生物群可能是连接环境污染物暴露与慢性疾病风险之间的重要桥梁。

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▸ 新兴污染物及其对肠道微生物群的影响

随着环境检测技术进步,许多以往难以发现的污染物逐渐进入公众视野,被称为新兴污染物,如微塑料、纳米塑料、抗生素耐药基因以及药品和个人护理品残留等,已受到广泛关注。

这类污染物通常具有难降解、分布广等特点,并可能干扰人体与肠道微生物的平衡,可通过食物、饮水及日常环境进入人体。

进入体内后,它们可能通过破坏肠道屏障、释放有害物质促进耐药基因传播等途径影响肠道健康。因此,其对人体健康的潜在影响已成为环境毒理学的重要研究方向。

①微塑料与纳米塑料

微塑料指直径约1微米至5毫米的塑料颗粒,纳米塑料则小于1微米,来源包括塑料制品在环境中的风化破碎及工业生产过程。

这类颗粒已广泛存在于水体、土壤、空气和食物链中。研究表明,它们可通过物理损伤、化学毒性载体效应三种机制影响肠道微生物:既可能直接刺激或破坏肠道,也可释放有害添加剂,或作为“载体”携带其他污染物进入体内。

其毒性与粒径、表面特性及塑料类型密切相关;通常粒径越小,与组织和微生物的相互作用越强,潜在影响也越大。

√物理影响:小颗粒可能更容易穿过肠道屏障

相比尺寸较大的塑料颗粒,纳米塑料由于体积更小,通常表现出更强的生物活性。动物实验显示,摄入纳米级塑料后,对肠道和造血系统造成的影响可能比大颗粒塑料更明显。

研究发现,小鼠口服微塑料或纳米塑料后可出现肠道菌群失衡,并伴随造血系统异常,提示肠道微生物变化可能影响全身健康

机制上,纳米塑料可穿过肠上皮紧密连接进入黏膜层并直接接触微生物,导致细菌膜受损、通透性增加,甚至引发部分菌体死亡。

此外,小鼠长期口服约2微米的聚氯乙烯微塑料会出现肠道损伤,并伴随菌群结构和代谢物改变,提示即使低剂量、长期摄入也可能对肠道健康构成风险

√化学效应:塑料中的添加剂可能释放出来

塑料并非单一材料,生产中常加入增塑剂、稳定剂、阻燃剂等以改善性能。这些添加剂进入人体后可从塑料颗粒中释放,产生额外毒性

例如,常见增塑剂邻苯二甲酸酯(如 DEHP)长期暴露可导致胆固醇代谢紊乱。研究表明,DEHP 还能改变肠道微生物组成,影响胆汁酸代谢,并通过肠—肝轴干扰肝脏胆汁酸合成

这表明,微塑料相关化学物质不仅影响肠道,还可能进一步影响全身代谢

此外,不同塑料的效应存在差异,如聚苯乙烯较聚乙烯或 PET 更易吸附有毒物质,因而可能对肠道微生物产生更强干扰

√载体效应:微塑料可能“搭载”其他污染物进入肠道

微塑料和纳米塑料还有一个特殊问题:它们表面积较大,容易吸附环境中的其他污染物,例如重金属、持久性有机污染物以及塑料添加剂等。因此,它们可能像“污染物载体”一样,把其他有害物质一起带入人体肠道

研究表明,微塑料可吸附邻苯二甲酸酯并将其带入小鼠肠道,其在肠道中的累积程度与对微塑料的吸附能力相关,即吸附性越强,越易随微塑料进入并滞留。

在一项联合暴露实验中,小鼠连续 30 天接触被 DEHP 污染的微塑料后,出现肠道通透性升高、炎症增强及菌群结构改变,部分受影响菌群与能量代谢和免疫功能密切相关;同时,与氧化应激和炎症相关的基因表达也发生变化。

这些结果表明,实际环境暴露多为多种污染物共同作用,微塑料可与其他化学物协同影响,产生更复杂甚至更强的健康效应

②抗生素耐药基因(ARGs)

抗生素耐药基因(ARGs)是赋予细菌抗药性的遗传信息,可随可移动遗传元件在细菌间传播,近年来被视为重要的新型环境污染物

ARGs 广泛存在于土壤、水体和动物粪便中,并可通过受污染的食物或饮水进入人体肠道。进入体内后,这些基因可通过“水平基因转移”在细菌间扩散,使原本不具耐药性的菌获得抗生素抵抗能力;一旦转移至致病或机会致病菌,可能增加耐药感染风险

在谷禾健康检测报告的抗生素耐药风险评估中,部分用户即使近期并未使用抗生素仍检出较高的耐药风险。这可能与抗生素耐药基因在环境中的污染及其传播有关。

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<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

目前研究主要聚焦两个问题:一是 ARGs 在肠道中的传播效率,二是其对肠道微生物群组成的影响。

在肠道内,细菌可通过转导(病毒介导)和接合(直接接触)等方式交换遗传信息,促进共生菌与潜在致病菌之间的基因传播。随着生物信息学技术的发展,研究人员已能更准确识别耐药基因的宿主及其在群落中的传播频率,为制定干预策略、遏制耐药基因扩散提供了依据。

③药品和个人护理产品(PPCPs)

药品和个人护理产品(PPCPs)包括抗生素、止痛药、抗抑郁药、激素、防腐剂、紫外线滤镜化妆品等,正成为重要的环境污染物。它们主要通过废水排放和农业径流进入环境,且难以在传统处理系统中完全降解,从而对水生生物和人类造成长期、低剂量暴露风险

越来越多证据表明,PPCPs 即使在环境相关浓度下也可扰乱肠道微生物群的组成、多样性和功能。例如,常见抗菌剂三氯生降低Lachnospiraceae 和 Ruminococcaceae 的丰度,同时增加促炎的变形菌门;在小鼠中,长期暴露还会改变微生物代谢通路损伤上皮屏障加重结肠炎

非抗生素类 PPCP,如卡马西平和氟西汀,也能调控与神经递质代谢和应激反应相关的微生物基因表达。斑马鱼研究显示,氟西汀暴露可增加放线菌丰度改变氨基酸生物合成通路,可能影响神经行为。此外,多种 PPCP(如 NSAIDs 和紫外线滤镜)联合暴露的人群研究发现,胆汁酸代谢改变短链脂肪酸(SCFA)下降,提示其与炎症代谢综合征相关。

尽管已有进展,关于长期效应、混合暴露个体差异仍存在明显不足。目前多数功能研究集中于啮齿动物或水生模型,缺乏人群高分辨率纵向数据。未来需结合宏基因组、代谢组和转录组等多组学与环境暴露评估,以阐明其与肠道菌群失调的因果关系。

总体而言,污染物对肠道微生物群的影响具有复杂性和动态性短期暴露多为可逆改变,而长期暴露(尤其在动物中)可导致持续性改变。但在人类中的长期证据仍有限,有待进一步纵向与干预研究验证。

03
机制解析:从分子途径到系统效应

污染物引发的肠道微生物群改变通常源于直接与间接机制的共同作用。直接作用包括氧化应激、膜损伤、基因毒性群体感应干扰,常见于重金属、抗生素纳米颗粒

间接作用则通过诱导宿主的代谢、内分泌和免疫反应改变微生物组成。例如,全氟化合物可通过影响胆汁酸代谢免疫状态重塑肠道菌群。这些过程涉及氧化应激反应、芳香烃受体(AhR)信号激活、肠上皮屏障受损及黏膜炎症增强等通路,不仅驱动菌群变化,也可能进一步影响全身健康

▸ 氧化应激在微生物群破坏中的核心中介作用

氧化应激是连接环境污染暴露、肠道菌群失衡宿主肠道损伤的关键机制。重金属、微/纳米塑料、持久性有机污染物、农药及电离辐射等进入机体后,主要通过两条途径升高活性氧(ROS):一是受损线粒体电子传递链产生的线粒体 ROS,二是细胞膜 NADPH 氧化酶系统(NOX/DUOX)生成的 ROS。

√ 污染物干扰线粒体导致氧化失衡

当污染物干扰线粒体氧化磷酸化时,会增加复合物 I 和 III 的电子泄漏,降低膜电位并产生过量 ROS,进而引发脂质过氧化、DNA 损伤和细胞凋亡。与此同时,NOX1、NOX2 和 DUOX2 虽参与应激和免疫防御,但长期过度激活会削弱肠道屏障促进慢性炎症

因此,线粒体与 NOX/DUOX 来源的 ROS 共同导致肠道氧化还原失衡,不仅损伤宿主细胞,也进一步改变肠道微生态结构与功能

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上面示意图展示了污染物促进肠道氧化应激的两条主要途径:


(1)污染物损伤线粒体呼吸链,导致线粒体 ROS 过量产生;
(2)污染物激活肠上皮细胞表面的 NOX/DUOX 酶系统,进一步促进 ROS 生成。

这两类 ROS 来源可相互作用并产生放大效应,加剧肠道氧化还原失衡。持续升高的 ROS 会损伤紧密连接、削弱黏液层扰乱微生态促进炎症发生

√ 过量活性氧会削弱肠上皮的防御功能

过量活性氧(ROS)还会降低肠上皮防御功能增加通透性,使脂多糖(LPS)等微生物产物更易穿过屏障进入体内,形成“肠漏”,进而促进促炎菌增殖、抑制有益菌,导致菌群失调

在分子层面,ROS 可激活 MLCK/肌球蛋白及 NF-κB/MAPK 通路,下调闭塞蛋白、ZO-1 等关键屏障蛋白并增强炎症因子释放,形成“氧化应激—屏障损伤—菌群失调—炎症”的恶性循环。

同时,肠道微生物也能调控 ROS 水平。共生菌产生的乳酸及相关信号可激活上皮细胞 NOX,促进 ROS 生成并调节干细胞更新:生理水平有助于维持稳态,过量则可能引发异常增生和菌群紊乱,体现宿主—微生物相互作用对肠道生态的影响。

√ ROS还扰动代谢平衡

短链脂肪酸(SCFA),尤其丁酸,可通过G蛋白偶联受体和 Nrf2/ARE 通路减轻氧化应激、增强屏障功能;而菌群失调导致 SCFA 减少时,抗氧化与屏障保护能力随之下降,使肠道更易受损

因此,在颗粒物、辐射、农药等环境暴露下,ROS 介导的屏障破坏与菌群失调可能成为系统性炎症和代谢紊乱的起点,并通过肠—肝轴、肠—脑轴影响全身健康,为污染暴露与疾病之间的关联提供了重要机制解释。

▸ AhR 作为连接环境感测与肠道免疫的集成枢纽

芳香烃受体(AhR)信号通路是环境污染物毒理作用的关键枢纽,连接外源物代谢免疫调控。AhR 在胞质中通常与热休克蛋白 90(HSP90)和 X 相关蛋白 2(XAP2)等伴侣蛋白形成复合体;当内源或外源配体结合后,复合体构象改变、伴侣蛋白解离,促使配体-AhR 复合体转位入核。

AhR连接污染物、肠道菌群与免疫机制

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许多环境污染物,如 TCDD、二噁英、多氯联苯(PCBs)和多环芳烃(PAHs),都可以作为 AhR 的外源性配体,激活肠上皮细胞和免疫细胞中的 AhR 信号通路。

AhR 被配体激活后由胞质转位入核,与核转运子 ARNT 形成异二聚体,并结合芳香烃响应元件(AHRE),调控靶基因表达,从而影响外源物代谢、免疫反应、肠道屏障及微生物群组成

√ AhR 过度激活与肠道炎症失衡

AhR 信号具有明显的“双向调节”作用。不同来源的配体会产生不同的生物学效应。外源性有毒污染物,如 TCDD、二噁英、PCBs 和 PAHs,通常会导致 AhR 持续、过度激活

这种异常激活可上调多种代谢酶,例如 CYP1A1、CYP1B1 和 ALDH3A1,同时促进炎症因子 IL-6、TNF-α 和 IL-1β 的释放。长期来看,这会增强氧化应激,破坏肠道黏膜平衡,并推动慢性肠道炎症和菌群失调的发生。

√ 内源性AhR配体的保护作用及其免疫调控机制

相比之下,内源性或肠道微生物来源的 AhR 配体通常发挥保护作用。例如,肠道菌群代谢色氨酸后产生的吲哚类代谢物,如吲哚-3-醛(I3Ald)和吲哚-3-乙酸(IAA),可以温和、短暂地激活 AhR。这种生理性 AhR 激活有助于促进 IL-22 分泌,增强上皮修复能力,维持黏液层和杯状细胞功能,并支持肠道免疫耐受和黏膜稳态

此外,AhR信号还与氧化应激和炎症通路密切交互。AhR 的激活可以影响 NF-κB 信号通路和 NLRP3 炎症小体活性,从而参与调节炎症因子的产生。同时,它也会影响短链脂肪酸(SCFA)水平、杯状细胞功能以及肠道微生物群组成。因此,AhR 可以被看作是整合“污染物暴露—微生物代谢—免疫炎症—氧化应激”信号的关键节点。

总体来看,适度的 AhR 激活有助于维持肠道屏障完整性、促进组织修复并保持免疫平衡;而污染物诱导的持续 AhR 过度激活,则会打破这种平衡,使肠道微环境从稳态转向氧化应激、慢性炎症和菌群失调。

▸ 肠道屏障完整性的破坏

肠道屏障是连接宿主与外界的首道防线,由黏液层、上皮紧密连接和免疫成分协同维持稳态。环境污染物通过诱导氧化应激、炎症因子过度产生及直接损伤上皮蛋白,破坏屏障结构,增加通透性并引发菌群失调

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环境污染物可通过多种方式损伤肠道屏障。主要机制包括:

(1)减少杯状细胞分泌黏蛋白 MUC2,使黏液层变薄;
(2)通过 ROS 相关氧化应激信号,下调或破坏紧密连接蛋白,如 occludin、claudin 和 ZO-1;
(3)激活 MLCK 和 PKC 等信号通路,引起细胞骨架收缩。

这些变化会使肠上皮细胞之间的连接变得松散,增加肠道通透性,从而使肠腔内的细菌、脂多糖(LPS)和其他毒性产物更容易穿过肠屏障,进入黏膜甚至全身循环,最终促进慢性炎症和肠道菌群失调

√ 环境污染物诱导的肠道屏障损伤与炎症级联

肠道黏液层是保护上皮的第一道防线,兼具物理与生化屏障功能,可阻止病原体和毒素接触上皮细胞。污染物如双酚 A(BPA)可通过诱导线粒体功能障碍和氧化应激抑制杯状细胞分泌黏蛋白 2(MUC2),使黏液层变薄,降低对细菌和毒素的防御能力

MUC2 表达受 p53 等转录因子调控,其下降会显著削弱黏膜保护。研究表明,黏液屏障受损是溃疡性结肠炎等炎症性肠病的早期特征之一,可促进微生物易位和炎症发生。

同时,污染物还会破坏上皮细胞间的紧密连接。PM2.5 及镉、铅等重金属可通过氧化应激下调 occludin、claudin 和 ZO-1 等蛋白,增加肠道通透性;MLCK 和 PKC 的激活则引发细胞骨架收缩,扩大细胞间隙,加重“肠漏”。

持续的屏障损伤使 LPS 等微生物产物进入血液,与免疫细胞表面的 TLR4 结合,激活 NF-κB 炎症通路,进而引发内毒素血症、代谢紊乱和免疫失衡,形成恶性循环。

因此,肠道屏障既是污染物损伤的直接靶点,也是连接污染暴露、氧化应激、菌群失调与全身炎症的关键环节,其破坏会打破宿主与微生物平衡,并推动局部炎症向全身性病变发展

▸ 免疫炎症反应的扩增与持续性

氧化应激屏障破坏后,环境污染物会引发一连串免疫激活,可能从急性黏膜炎症进展为慢性系统性失调。持续暴露维持细胞因子的产生,招募免疫细胞,改变肠道微生物群,形成自我强化的炎症和氧化损伤循环

正反馈循环推动污染物诱导的慢性炎症

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√ 污染物驱动的免疫失衡与炎症放大机制

炎症早期,模式识别受体尤其是 TLR4 识别 LPS 或污染物信号,激活 MyD88–NF-κB 和 MAPK 通路,促进 IL-6、TNF-α、IL-1β 等产生;短期有利于防御,但持续激活会转为慢性炎症。重金属和多环芳烃(PAHs)还可激活 NLRP3 炎症小体,促进 IL-1β、IL-18 过度释放,放大炎症

ROS 还促进巨噬细胞向促炎 M1 型极化抑制 M2 型,导致炎症加重;同时,污染物促进 Th17 分化和 IL-17A 释放,抑制 Treg 及 IL-10,削弱抗炎调节

此外,污染物引起菌群失调,减少产短链脂肪酸(SCFAs)的有益菌,降低丁酸盐水平,削弱其对 HDAC 和 NF-κB 炎症通路的抑制作用,使炎症更难终止。

√ AhR配体缺失与炎症正反馈循环

同时,能代谢色氨酸的共生菌减少,导致 AhR 配体(如吲哚-3-醛)生成下降,削弱 IL-22 介导的黏膜修复,使受损屏障更难恢复并加剧炎症

因此,污染物、ROS、LPS、炎症因子与菌群失调形成正反馈循环:污染物诱导 ROS,ROS 破坏屏障;屏障受损促进 LPS 移位并激活免疫;免疫反应持续释放炎症因子;炎症与污染物进一步扰乱菌群,减少 SCFAs 等保护性代谢物;这些变化又加重屏障损伤和氧化应激,最终推动炎症长期化。

在全身层面,进入血液循环的 LPS 和炎症细胞因子还可以通过肠-肝轴肠-脑轴影响远端器官。例如,它们可激活肝脏中的库普弗细胞和中枢神经系统中的小胶质细胞,进而参与非酒精性脂肪肝、神经炎症和代谢综合征等肠外疾病的发生。这说明肠道免疫激活不仅是局部炎症反应,也是污染物导致全身毒性效应的重要机制。

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doi.org/10.3389/fmicb.2026.1737229

小结

总体来看,污染物诱导的免疫反应并不是单一、短暂的过程,而是会通过 ROS 过量产生、炎症信号激活、肠道屏障损伤和菌群失调等多个环节相互放大,使急性上皮炎症逐渐发展为慢性、系统性的炎症状态。

理解这一正反馈机制,有助于开发抗炎治疗以及靶向肠道菌群的干预策略,从而减轻污染物相关慢性疾病的发生和发展。

04
总结与展望

过去十年中,越来越多研究表明,环境污染物不仅直接损伤特定器官,还可以通过扰乱肠道菌群,引发全身性毒性反应。这种影响可进一步改变宿主代谢、免疫稳态和疾病易感性。然而,目前该领域仍存在一些关键问题尚未解决。这在一定程度上与传统毒理学长期采用“器官中心”研究模式有关,即更多关注污染物对肝脏、肺、肾脏或神经系统等单一器官的直接损伤,而对肠道菌群介导的全身效应认识不足。

污染物、菌群失调与疾病之间的因果关系仍不清楚

目前多数研究主要停留在相关性分析层面,即观察污染物暴露后哪些菌群发生变化,以及这些变化是否与炎症、代谢紊乱或组织损伤相关。但这类研究往往难以回答一个关键问题:菌群失调究竟是污染物毒性的原因,还是毒性结果的一部分?

换句话说,污染物可能直接损伤宿主组织,也可能先改变肠道菌群,再通过菌群代谢物、免疫调节和屏障功能改变引发疾病。目前很多研究尚未有效区分这两类机制。

此外,宿主自身因素也会影响污染物毒性和菌群反应,包括年龄、性别、饮食结构、遗传背景和基础健康状态等。例如,高纤维饮食可能通过促进短链脂肪酸产生,缓解污染物导致的菌群功能下降;而衰老个体的肠道菌群恢复能力较弱,可能更容易受到污染物影响。免疫调节或解毒代谢相关基因的差异,也可能导致个体对污染物暴露的敏感性不同。

因此,未来研究应更多采用多污染物共暴露模型,并纳入宿主个体差异因素,以更接近真实环境暴露情境。同时,暴露组学、微生物组学计算建模的结合,有助于解析复杂暴露条件下污染物与肠道菌群之间的网络关系。

主要参考文献:

Ma W, Xiong X, Tian Z, Li L and Huang Y (2026) Environmental pollutants and the gut microbiota: mechanistic links from exposure to systemic disease. Front. Microbiol. 17:1737229.

AgarwalM.HoffmanJ.Ngo TenlepS. Y.SantarossaS.PearsonK. J.SitarikA. R.et al. (2023). Maternal polychlorinated biphenyl 126 (PCB 126) exposure modulates offspring gut microbiota irrespective of diet and exercise. Reprod. Toxicol. 118:108384.

Aravind KumarJ.KrithigaT.SathishS.RenitaA. A.PrabuD.LokeshS.et al. (2022). Persistent organic pollutants in water resources: fate, occurrence, characterization and risk analysis. Sci. Total Environ. 831:154808.

AldereteT. L.JonesR. B.ChenZ.KimJ. S.HabreR.LurmannF.et al. (2018). Exposure to traffic-related air pollution and the composition of the gut microbiota in overweight and obese adolescents. Environ. Res.161, 472–478

AlexanderC.RietschelE. T. (2001). Bacterial lipopolysaccharides and innate immunity. J. Endotoxin Res. 7, 167–202

AndersenO. (2016). A characterisation of low-grade inflammation and metabolic complications in HIV-infected patients. Dan. Med. J. 63:B5291.

内毒素——脂多糖(LPS)全面科普:从分子机制到日常管理

谷禾健康

你是否有过这样的经历:明明没有剧烈运动,却总是感到莫名的疲惫;或者明明控制了饮食,体重却依然居高不下,体检报告上的血糖、血脂指标也总是亮起红灯?我们习惯将这些问题归咎于“吃多了”或“动少了”,却往往忽视了一个潜伏在身体内部、肉眼不可见的“隐形杀手”——脂多糖(LPS)。

脂多糖并非外来入侵的毒素,而是我们肠道中数以万亿计细菌的细胞壁成分。在正常情况下,它安分守己地待在肠道内,甚至对免疫系统有益。然而,当肠道屏障受损饮食结构失衡时,这些本不该进入血液的分子便会“越狱”,引发一场悄无声息却破坏力巨大的全身性慢性炎症

这种持续存在的低水平炎症,被认为是代谢综合征、2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病以及动脉粥样硬化等多种慢性疾病的重要共同发病基础。脂多糖(LPS)在这一过程中发挥关键作用,可诱导并放大炎症反应,从而促进相关疾病的发生与发展。

那么,脂多糖是如何由肠道内的正常成分转变为影响机体健康的重要因素的?机体又可以通过哪些机制对其进行调控,以维持生理稳态?本文将从机制层面系统分析LPS的作用路径及其对健康的影响

01
脂多糖的基本概念与化学结构

▸ 脂多糖的定义与特性

脂多糖(Lipopolysaccharide,简称LPS)是革兰氏阴性菌细胞壁外膜特有的结构大分子复合物,由三个功能区域共价连接组成的异源多糖-脂质复合物,三个区域分别承担不同生理功能。

革兰氏阴性菌膜由两层细菌膜组成,分别是外层和内层膜外膜富含脂多糖(LPS)。

脂多糖(LPS)是两性分子,类脂A部分疏水多糖部分亲水,所以LPS能够在细菌表面形成稳定的双亲结构,维持外膜完整性,同时作为屏障抵抗抗菌物质进入细菌体内。

↘ 脂多糖与内毒素的关系

脂多糖之所以被称为”内毒素”,是因为它是革兰氏阴性菌细胞外膜的重要结构成分,通常不以游离形式主动分泌。在细菌死亡或裂解时会大量释放出来,这一特点与由活菌主动分泌的“外毒素”形成鲜明对比,因此得名“内毒素”

↘ 内毒素与外毒素的主要区别

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需要注意的是,在感染过程中,细菌不断生长和死亡,会持续释放脂多糖;而在严重感染或抗生素治疗后,大量细菌同步裂解,可能在短时间内释放大量LPS,从而加重炎症反应,严重时可引发内毒素相关的全身炎症反应综合征

▸ 脂多糖的分子结构

LPS分子从内到外分为三个部分:最内层是类脂A,中间是核心多糖,最外层是O抗原(O特异性多糖),三个部分共价连接形成完整LPS分子。

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doi.org/10.3389/fimmu.2025.1588129

★ 每个部分结构和功能都不同:

•类脂A:嵌入外膜磷脂双层,是LPS的毒性中心和生物活性中心,人体对LPS的免疫识别主要识别类脂A结构;

•核心多糖:连接类脂A和O抗原,结构相对保守,是革兰氏阴性菌共同抗原成分;

•O抗原:最外层,是多糖重复单位,结构变异性最大,决定细菌血清型特异性,是细菌逃避免疫识别的重要方式。

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doi.org/10.5217/IR.2014.12.2.90

这种三层结构设计是革兰氏阴性菌长期进化结果,它既保护细菌本身,也决定了它和人体免疫系统相互作用方式,类脂A是毒性中心,O抗原是免疫逃逸,这种结构对应功能的关系便于更好理解它对健康影响。

★ 脂多糖的结构多样性决定其生物活性差异

不同革兰氏阴性菌的脂多糖(LPS)在结构上存在显著差异,尤其是类脂A部分在酰基链数量、长度以及磷酸化修饰上的变化,会直接影响其免疫激活能力。因此,并非所有革兰氏阴性菌的LPS都具有相同毒性共生菌来源的LPS通常显著低于典型致病菌

很多人将“革兰氏阴性菌”与“强内毒素”直接等同,但实际上,不同细菌来源的LPS在毒性上差异很大。理解这种差异,有助于我们更准确地区分共生菌与致病菌的生物学影响。

↘ 类脂A:脂多糖的毒性中心和生物活性中心

类脂A嵌入外膜磷脂双层,是脂多糖的毒性中心和生物活性中心,人体对LPS的免疫识别主要识别类脂A结构。LPS的大部分生物学活性,包括毒性和免疫刺激性,都由类脂A部分决定,类脂A结构变异直接改变LPS毒性强弱,六酰化饱和类脂A毒性最强,酰基链减少毒性显著下降

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doi.org/10.5217/IR.2014.12.2.90

不同来源的类脂A结构与毒性差异:

致病菌(如大肠杆菌、沙门氏菌):类脂A多为六酰化,且具有完整的双磷酸结构,与TLR4-MD2亲和力高,能够强烈激活免疫反应。

肠道共生菌(如拟杆菌属):类脂A通常为五酰化或四酰化,并伴随去磷酸化或其他修饰,与受体结合能力较弱,炎症活性显著降低(在部分实验中可低几个数量级)。

环境调控型细菌(如耶尔森氏菌):其类脂A结构可随温度变化而调整,在环境温度下多为低酰化形式,而在37℃宿主体内转为高酰化形式,从而增强毒性。

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doi: 10.1128/mSystems.00046-17.

如上图所示,拟杆菌门(Bacteroidetes)是人类肠道微生物群中脂多糖(LPS)生物合成能力的主要贡献者

↘ 核心多糖:连接类脂A和O抗原的保守结构

核心多糖位于类脂A和O抗原之间,主要作用是连接两个部分,它的结构相对保守,在同一属的不同细菌之间结构大多相似,含有特殊的糖分子庚糖和KDO。

核心多糖可以分为两个部分:

•内核心:靠近类脂A,含有特殊的糖分子:3-脱氧-D-甘露-辛酮糖酸(简称KDO)和L-甘油-D-甘露庚糖,这两种糖在其他地方很少见,是LPS核心多糖特征性成分。内核心结构非常保守,不同革兰氏阴性菌之间变化很小。

•外核心:连接内核心和O抗原,由己糖组成,结构比内核心变异大一些,但仍然比O抗原保守很多,同一属细菌外核心结构相似。

核心多糖带有多个负电荷,能够结合二价阳离子比如镁离子钙离子,这些阳离子中和负电荷,稳定LPS在细菌外膜的结构,如果去掉阳离子,LPS结构将变得不稳定外膜通透性增加,细菌容易被抗菌物质杀死

↘ O抗原:决定细菌特异性的高度变异部分

O抗原是LPS分子最外层的多糖重复单位,是LPS中变异性最大的部分,不同血清型革兰氏阴性菌O抗原结构不同,这种高度变异是细菌逃避免疫识别的重要进化策略。O抗原高度变异直接关系到细菌致病性和免疫识别,但是O抗原本身基本没有毒性,主要影响细菌免疫原性和致病性不直接影响LPS毒性强弱。

O抗原由多个相同的寡糖重复单位聚合而成,每个重复单位通常含有2-6个糖分子,不同细菌重复单位的糖组成、排列顺序、连接方式都可以不同,所以变异非常大,理论上可以产生成千上万种不同O抗原结构。

实例:E. coli O157:H7(常见的致病性肠出血性大肠杆菌)与E. coli O26、O111等其他血清型的区别,本质上就是O抗原多糖重复单位的结构不同。有的重复单位含有不同种类的糖(葡萄糖、半乳糖等),有的糖连接方式不同(α-1,3还是β-1,4),排列顺序也不同。因此针对O157的抗体一般难以有效识别O26等其他血清型,但在个别情况下可能存在有限的交叉反应

▸ 光滑型脂多糖和粗糙型脂多糖的差异

完整脂多糖(LPS)含有O抗原叫做光滑型LPS缺失O抗原只剩下类脂A和核心多糖叫做粗糙型LPS,也叫脂寡糖(LOS),两者在稳定性、免疫原性致病性上都有显著差异。

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doi.org/10.3390/ijms24098395

LPS(脂多糖)结构示意图:图中亮红色的LPS锚定在革兰氏阴性(G-)细菌的外膜上。根据O抗原和核心区(core)的长度,可将LPS分为光滑型(S)、半粗糙型(SR)、粗糙型(R)和深度粗糙型(DR)。从LPS最外层到最内侧疏水部分,其结构变异性逐渐降低。

02
脂多糖对革兰氏阴性菌自身生存和宿主的影响

▸ 脂多糖对革兰氏阴性菌生存的影响

脂多糖(LPS)不仅仅是致病因子,它对革兰氏阴性菌自身生存具有非常重要的生理功能,维持外膜结构完整性抵抗抗菌物质入侵保护细菌生存,虽然部分菌株即使缺失或改变LPS结构仍可存活,但是其生理功能和适应性会显著受损

脂多糖对革兰氏阴性菌的主要生理功能:

①维持外膜结构完整性:脂多糖是革兰氏阴性菌外膜主要成分,占外膜干重三分之一以上,LPS分子通过二价阳离子交联形成稳定网状结构,维持外膜通透性和结构完整性,如果缺失LPS,外膜结构破坏,细菌存活能力下降

②形成通透屏障抵抗抗菌物质:LPS外层亲水内层疏水,形成选择性通透屏障,能够阻挡疏水抗菌物质、胆汁盐、补体、溶菌酶进入细菌体内,保护细菌免受宿主防御物质和抗生素攻击增加细菌耐药性

③抵抗宿主免疫攻击:O抗原能够保护细菌不被补体激活和吞噬细胞吞噬,帮助细菌逃避免疫清除增加细菌致病性,有O抗原的菌株更容易引起全身性感染。

④介导细菌粘附:LPS能够介导细菌粘附到宿主黏膜上皮细胞,帮助细菌定植,这是感染第一步,所以LPS对细菌定植也很重要。

因为脂多糖对细菌生存这么重要,所以几乎所有革兰氏阴性菌都必须合成LPS,只有极少数例外,比如某些衣原体可以缺失。

▸ 肠道中的脂多糖与人体屏障系统

据估计,人类结肠中含有约10¹³–10¹⁴个细菌,总生物量约为数百克(通常约0.2–0.5 kg)。这些细菌在生命活动过程中可产生脂多糖(LPS)。研究表明,以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌,其单个细胞所含LPS约为几飞克至几十飞克(约2–50fg)。基于此进行粗略估算,肠道中LPS的总量大致处于几十毫克至数百毫克的范围,具体取决于菌群组成及生理状态

然而,静脉注射LPS的致死剂量仅为1–2微克。也就是说,肠道内的LPS总量,可能是致死剂量的千倍甚至百万倍。那么为什么我们不会被”毒死”?答案在于——人体的屏障系统

↘ 肠道屏障:把”危险”关在门外

人体的上皮组织(比如肠道内壁)在进化过程中,形成了极其高效的防御结构,能够将有害物质隔离在外

在正常情况下,肠道细菌及其产生的LPS主要存在于肠腔内部,它们被粘液层和上皮细胞牢牢阻挡,不会接触到体内的深层组织。

研究发现,只要这些细菌停留在肠腔一侧,就不会对肠道细胞造成伤害。真正的危险发生在当LPS接触到上皮细胞”背面”(基底侧)时,毒性才会显现。

↘ 肠道屏障破坏的风险因素

肠道屏障被破坏时,情况就会发生改变:细菌可能穿过粘液层,从细胞之间的缝隙渗透,甚至直接穿过细胞进入更深层组织。一些致病菌本身就具备”入侵能力”,可以主动突破防线。一旦细菌或大量LPS进入血液,免疫系统会迅速响应,但如果负荷过高,可能引发严重后果,比如全身炎症反应、败血症甚至败血性休克

以下人群风险更高:

-新生儿(免疫系统尚未成熟);

-老年人或重症患者;

-免疫功能受损的人群;

-长期使用导尿管等侵入性器械者;

-肠道存在炎症、损伤或肿瘤的人。

▸ 肠道暴露导致脂多糖转移到循环中

在正常生理条件下,血浆中LPS水平极低。这是因为健康的肠道限制了LPS分子进入血液的途径。尽管持续暴露于LPS,肠细胞和结肠细胞对这些刺激表现出低反应状态,部分原因在于这些细胞中Toll样受体4(TLR4)表达较低。这种肠道耐受机制最大限度地减少了肠腔内的炎症反应

此外,肠道微生物群中LPS的暴露在免疫系统的发育和成熟中起着关键作用,训练肠道相关淋巴组织(GALT)中的调控T细胞。个体的LPS谱系取决于肠道微生物群的组成,而肠道微生物群的组成因地理和生活方式等因素而有所变化。

▸ 脂多糖在肠道中”常态存在”的生理意义

很多人一听说脂多糖(LPS)有害,就想把肠道里的LPS彻底清除。实际上,这既不现实,也没有必要。相反,维持生理范围内的LPS暴露,对健康是有意义的

在健康婴儿、成年人和老年人肠道菌群中,革兰氏阴性菌占有一定比例(如拟杆菌门)。这些细菌在更新过程中会不断死亡、裂解,从而释放LPS到肠腔中。因此,肠道内持续存在低水平LPS是一种正常的生理现象,而不是异常状态。生理水平的脂多糖具有以下作用:

•促进免疫系统正常发育:无菌动物由于缺乏包括LPS在内的微生物刺激,免疫系统发育不成熟,免疫应答能力不足,更容易出现过敏和自身免疫问题。适度的LPS等刺激有助于免疫系统建立“耐受”和”分辨能力”,这是”卫生假说”的重要机制基础之一。

•维持先天免疫的基础警戒状态:低水平的微生物信号可以让机体免疫系统保持”准备状态”。如果完全缺乏这类刺激,机体在真正遇到病原体时,可能反应迟缓,反而更容易感染

•有助于睡眠:2024年发表的一项研究表明当LPS注入门静脉循环时,会引起睡眠增加和体温升高。门静脉循环负责将来自胃、小肠和大肠(这些器官中存在肠道微生物群)的血液输送到肝脏。像LPS这样的微生物分子可以通过“转位”过程进入门静脉,从而进入宿主体内环境。

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事实上,在健康的人类、大鼠和小鼠体内,脂多糖天然存在于门静脉和全身循环血液中,是一种来源于原核生物的生理性血浆成分。

研究进一步暗示日常生活中的一些刺激会进一步促进LPS的转位,从而提高其在血液中的水平。例如,一顿高脂餐(如三片涂有50克黄油的吐司)可使人体血浆LPS水平升高约50%。此外,少量饮酒、急性或慢性睡眠不足以及轻度心理压力等常见情况,也都会增加循环中的LPS水平。

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关键观点

问题不在”有没有”,而在”是否过量”。真正有害的是脂多糖异常升高并进入循环(如肠屏障受损导致的”内毒素血症”),这会诱导慢性低度炎症,进而与代谢性疾病等相关。因此,我们关注的重点不是”全部消灭LPS”,而是避免其异常升高和大量入血

03
脂多糖的来源与进入循环的途径

▸ 肠道是人体内脂多糖的主要来源

在健康成年人中,肠道是体内LPS(脂多糖)最主要的产生和储存场所。健康成年人肠道内约有10¹³–10¹⁴数量级的微生物,其中约20%–40%为革兰氏阴性菌(以拟杆菌门为主),这些细菌在持续更新过程中不断裂解并释放LPS

相比之下,口腔(如牙周炎时)虽也可产生LPS但总体规模较小,呼吸道和皮肤等部位菌量更低,对全身LPS贡献有限,但是注意在严重局部感染全身感染时,这些部位也可能成为重要来源。

▸ 关键分界:是否进入循环

一个非常重要但常被忽略的点是:肠道中LPS很多≠血液中LPS一定高

↘ 在健康状态下:

•肠道屏障(上皮细胞+紧密连接+黏液层+IgA)有效阻挡LPS进入体内;

•只有极少量LPS可进入循环;

•血浆LPS通常处于低水平(常见报道为pg/ml级别);

•这个水平属于生理暴露,不会引发系统性炎症

↘ 何时变成问题?当出现以下情况时:

肠道屏障受损(如”肠漏”);

肠道菌群失衡(如革兰阴性菌过度增殖);

•高脂饮食促进LPS转运(经乳糜微粒)

就会导致进入循环的LPS增加(而不是肠道LPS本身增加才是关键),这就是所谓的代谢性内毒素血症,其特点是:

•血中LPS轻度但持续升高;

•激活TLR4等炎症通路;

•诱导慢性低度炎症;

•并与胰岛素抵抗、肥胖、非酒精性脂肪肝、动脉粥样硬化相关。

代谢性内毒素血症的经典模型认为,LPS可能进入全身循环并促进慢性炎症。该经典模型指出:

(1) 西式饮食可能增加产生LPS的细菌数量并增加脂肪吸收。

(2) LPS可在局部发挥作用并诱导炎症反应,也可通过刷状缘的移位转运以及在乳糜微粒内进入全身循环。

(3) 主要来源于肝脏的LBP与循环中LPS的脂质A部分结合。

▸ 脂多糖进入血液循环的主要途径

LPS从肠道进入血液循环主要通过两条途径:一是肠道通透性增加(肠漏)导致经细胞间隙进入循环,二是在脂肪吸收过程中结合乳糜微粒经淋巴系统进入血液。这两条途径共同影响体内LPS的总体水平。

↘ 第一条途径:肠漏(细胞间隙通透增加)

当肠道上皮紧密连接受损,细胞间隙通透性增加,LPS可以从肠腔进入黏膜下组织,并进一步进入门静脉循环。这一过程不依赖脂肪摄入,而主要取决于肠屏障完整性长期通透性升高,是循环LPS持续升高的重要原因之一。

↘ 第二条途径:乳糜微粒转运

LPS具有一定亲脂性。在摄入脂肪后,肠道形成乳糜微粒以吸收和运输脂类物质,部分LPS可结合在乳糜微粒上,随其进入淋巴系统,最终进入体循环。这一过程与脂肪摄入量相关脂肪摄入越多,乳糜微粒生成越多,LPS转运量也可能相应增加。这也是高脂餐后出现”餐后内毒素血症“的一个重要机制。

这两条途径通常同时存在:肠道通透性决定基础LPS水平,而餐后乳糜微粒可造成短时升高,两者叠加,可能导致整体水平上移。

★ 短时过量脂肪摄入可能导致脂多糖过多的危害

长期高脂摄入、频繁产生大量乳糜微粒,或肝脏清除能力下降时,可能出现LPS清除不及、循环水平升高的情况,从而与慢性低度炎症相关。

因此,并不需要避免脂肪摄入本身,而是应关注总量与分配:避免单次摄入过多脂肪,有助于降低一次性LPS负荷。只要控制每餐脂肪量,不要一次摄入太多脂肪,减少单次转运LPS量,就不会对健康造成危害,完全禁止脂肪摄入也不利于健康,关键是量和频率。

这个也解释了为什么中国人说“饱食伤身”,一次吃太多脂肪不仅热量过剩,还带来大量LPS进入循环,导致一次炎症峰,反复多次就是慢性炎症,所以吃七八分饱不仅减少热量,也减少LPS,对健康更有利。

04
脂多糖的清除机制与影响因素

▸ 脂多糖的半衰期与清除动力学

LPS在人体内的半衰期取决于其浓度人体解毒能力。生理低剂量LPS进入循环后,半衰期大约是几分钟到十几分钟,能够被肝脏快速清除,但是高剂量LPS超过肝脏清除能力,半衰期显著延长,能够在循环中停留几个小时持续激活炎症

了解半衰期能够帮助我们理解为什么低剂量持续暴露比一次性高剂量更有害,为什么慢性持续LPS升高导致慢性病

▸ 肝脏:清除循环LPS的主要器官

进入门静脉的脂多糖约有80–90%肝脏被清除,主要由Kupffer细胞介导,肝脏因此成为清除循环LPS的关键器官。

正常肝功能有助于维持低水平LPS,而功能受损时清除能力下降易导致其升高。除直接吞噬外,LPS还可与LDL、HDL等血浆脂蛋白结合,并被肝细胞和Kupffer细胞摄取,从而进一步促进清除

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↘ 肝脏功能能够影响脂多糖的清除能力

因此,肝脏构成防止LPS进入体循环的重要屏障。肝功能正常,清除能力强,能够快速清除LPS,肝功能下降,清除能力下降,相同剂量LPS半衰期延长,炎症更明显,所以肝功能不好的人更容易发生内毒素血症

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▸ 肠道碱性磷酸酶对LPS的解毒作用

肠道上皮分泌的碱性磷酸酶(intestinal alkaline phosphatase, IAP)可通过去除LPS脂质A上的磷酸基团,将其转化为低毒形式显著降低其激活TLR4-MD2受体的能力,从而减弱炎症反应

↘ 碱性磷酸酶能够减弱脂多糖导致的炎症反应

这一过程发生于LPS进入体内之前,是肠道局部解毒的重要机制和防止系统性炎症的第一道屏障。IAP由小肠上皮刷状缘表达,直接与肠腔内LPS接触;其去磷酸化作用可使LPS炎症活性降低数十至数百倍。

动物研究表明,缺失IAP会增加对LPS的敏感性并加重炎症反应。IAP为含锌酶,锌对其结构稳定和催化活性至关重要,缺锌可降低其功能并增加活性LPS负荷。部分研究还提示,高脂饮食可能抑制IAP表达或活性,而低脂或特定膳食模式有助于维持其功能,但相关结论尚不一致。

▸ 低密度脂蛋白与脂多糖的相互作用

脂多糖(LPS)进入循环后,一部分游离存在,另一部分与低密度脂蛋白(LDL)结合。结合后,LPS的疏水结构被包埋于LDL颗粒内,减少与免疫细胞表面TLR4受体的接触,从而降低其炎症活性,这是一种机体的保护性机制。

↘ LDL与LPS的结合具有双重效应

然而,携带LPS的LDL更易被巨噬细胞通过清道夫受体摄取,促使其转化为富含胆固醇的泡沫细胞,进而在血管壁沉积形成脂纹,推动动脉粥样硬化的发生与发展。

因此,LDL与LPS的结合具有双重效应:既可降低游离LPS的炎症活性,又促进泡沫细胞形成动脉粥样硬化进展。当LPS与LDL同时升高时,心血管风险显著增加,且两者具有协同放大效应。循环LPS水平升高会增强LDL的致动脉粥样硬化作用,这是其促进心血管疾病的重要机制之一。

▸ LPS清除的多器官协作(肝-脾-肾)

除肝脏外,脾脏和肾脏亦参与循环LPS的清除与代谢肝脏主要清除器官,脾脏提供辅助清除,肾脏负责排泄降解产物。整体上,网状内皮系统(单核-巨噬细胞系统)协同维持LPS稳态

↘ 肝脏主要清除、脾脏辅助清除

进入循环的LPS大多由肝脏Kupffer细胞清除,其余部分可被脾脏巨噬细胞摄取。肾脏对完整LPS的直接清除有限,主要排泄其降解后的小分子片段,参与代谢末端处理。

LPS清除依赖单核-巨噬细胞系统的吞噬功能;当疾病、炎症或药物导致该系统功能下降时,清除效率降低、半衰期延长,循环水平升高并加重炎症反应。

总体而言,LPS清除体现多器官协同的分层防御:肝脏为核心屏障,脾脏补充清除,肾脏负责排泄。该体系功能正常时可有效控制LPS水平;若输入增加(如肠屏障受损或饮食因素)且清除能力下降(如肝功能或免疫功能减弱)并存,则可能突破防线,导致慢性低水平内毒素血症

05
脂多糖产生的风险因素

▸ 肠道菌群失调

肠道菌群失调时,菌群结构代谢功能发生改变,可能导致脂多糖负荷及其炎症活性升高。肠腔中LPS水平上升,同时在饮食和屏障因素作用下进入循环的LPS增加。因此,通过改善菌群结构与代谢环境,可以从源头降低高炎症活性的LPS负荷

健康成年人肠道中本就富含革兰氏阴性菌(如拟杆菌门)。但菌群失调(如高脂、低纤维饮食)会改变其结构,使部分菌群(尤其肠杆菌科)增加,同时短链脂肪酸等代谢产物减少,从而共同影响LPS相关效应

不同来源的LPS免疫活性差异显著:拟杆菌来源LPS炎症活性较低,而大肠杆菌来源则更易诱导炎症。因此,关键不在于阴性菌数量多少,而在于高炎症活性LPS的比例是否上升

↘ 在吸收方面,LPS进入循环主要通过:

•与脂质结合,经乳糜微粒转运(高脂饮食关键机制);

肠屏障功能改变(紧密连接受损)。

因此,高脂低纤维饮食的作用是双重的:一方面改变菌群结构,另一方面显著促进LPS进入血液循环,共同提高循环LPS水平

↘ 膳食纤维则通过不同路径发挥作用:

促进产短链脂肪酸菌生长(如产丁酸菌);

增强肠道屏障功能

调节菌群整体生态

从而降低脂多糖相关炎症负荷

这一机制把”菌群失调”和”慢性炎症”连接起来,但更准确的路径应理解为:

菌群失调 → LPS结构与负荷改变+代谢环境改变 → LPS更容易进入循环 → 诱导低度慢性炎症 → 胰岛素抵抗、脂肪肝、动脉硬化等问题 → 参与多种慢性疾病发生发展。

这里的关键,不是单一指标(比如阴性菌比例),而是菌群整体生态宿主相互作用。所以,调节肠道菌群的核心,不是简单”降低革兰氏阴性菌”,而是恢复菌群结构与功能的平衡,从而降低高炎症活性的LPS负荷。

▸ 小肠细菌过度生长

正常情况下,小肠受胃酸和蠕动影响,细菌浓度远低于结肠(约10¹¹–10¹² CFU/ml的万分之一),因此LPS水平较低,即使全部吸收,总量也有限。

↘ 小肠细菌过度生长使脂多糖水平显著升高

发生小肠细菌过度生长(SIBO)时,小肠细菌增至10⁵–10⁸ CFU/ml,且多为革兰氏阴性菌,使腔内LPS浓度升高数十至上百倍。由于小肠吸收面积大、通透性高,更多LPS进入门静脉循环,导致循环水平升高。同时,SIBO还可损伤黏膜、破坏紧密连接,进一步增强LPS吸收,形成叠加效应。因此,不明原因的慢性LPS升高应考虑SIBO。

LPS的影响不仅取决于“数量”,还取决于产生部位”:结肠产量高但吸收受限,小肠产量较低却更易入血。研究显示,SIBO患者循环LPS显著升高,根除后可下降并伴随症状改善,提示其为重要来源之一。这也解释了SIBO与多种肠外疾病的关联,即通过增加LPS吸收诱发全身慢性炎症

▸ 牙周炎:被低估的”持续性LPS输入源”

牙周炎中,牙周袋内聚集大量革兰氏阴性厌氧菌(如牙龈卟啉单胞菌),持续释放脂多糖。在局部炎症和血管通透性增加的情况下,这些LPS可以进入血液循环,成为全身LPS负荷的长期来源之一。

很多人把牙周炎当作”口腔问题”,但忽略了一点:牙龈是一个高度血管化、长期暴露炎症的组织,这意味着,口腔里的炎症信号,是可以”进入全身”的。

↘ 牙周炎的核心环境是牙周袋:

•厌氧环境;

•大量革兰氏阴性菌;

•持续细菌更新与裂解释放脂多糖。

▸ 脂多糖与肠道屏障损伤的正反馈循环

脂多糖不仅可通过肠道进入循环,还可反过来破坏肠道屏障结构增加通透性(”肠漏”),从而进一步促进LPS吸收,形成正反馈循环。

研究表明脂多糖可激活肠上皮细胞中的NF-κB通路,诱导炎症因子释放。这些炎症信号可导致紧密连接蛋白(如occludin、ZO-1)发生内吞和降解,从而破坏紧密连接结构

结果是肠道通透性增加,使更多LPS从肠腔进入门静脉及全身循环。升高的LPS又进一步加重屏障损伤,形成循环:

LPS升高 → 屏障受损 → 通透性增加 → LPS吸收增加 → LPS进一步升高。

这一循环可持续放大低度慢性炎症状态。这表明一旦肠道屏障受损,单一干预往往难以逆转进程;同时降低LPS来源与修复屏障结构,可能更有助于打破这一循环。

▸ 其他升高脂多糖水平的风险因素

↘ 时间维度:停留越久→吸收越多(便秘)

便秘本质是”肠道内容物滞留”。停留时间延长→细菌裂解释放更多LPS + 与肠壁接触更久→吸收增加。同时伴随菌群失衡→进一步增加LPS来源。

结果:脂多糖”暴露时间+浓度”双升高

↘ 屏障维度:肠道越”漏”→进入越多(压力/睡眠不足)

慢性压力通过皮质醇破坏紧密连接→肠道通透性增加。原本被阻挡的LPS更容易进入血液。同时压力还会改变菌群→增加LPS产生。

结果:LPS”通行能力”增强

↘ 储存维度:储得越多→释放越久(肥胖)

肥胖不是单纯”多脂肪”,而是一个LPS放大系统:脂肪组织储存LPS并持续释放;菌群失调→产生更多LPS;肠道屏障变差→吸收更多LPS。

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结果:LPS”长期维持在高水平”

↘ 生活方式和饮食因素

多种生活方式和饮食因素通过”增加LPS产生+增加LPS吸收“两条路径,提高体内LPS水平:

•高脂饮食:一方面促进乳糜微粒把LPS带入血液,另一方面改变菌群增加革兰阴性菌→LPS显著升高。

•过量饮酒:破坏肠道屏障(肠漏)+ 改变菌群→更多LPS进入血液,加重肝脏炎症。

•吸烟:影响口腔和肠道菌群+ 破坏屏障→多来源增加LPS。

•膳食纤维不足:有益菌减少、短链脂肪酸下降→菌群失衡+ 屏障变差→LPS升高。

•长期抗生素:杀死有益菌、促使阴性菌占优势+ 损伤屏障→LPS增加。

06
脂多糖激活免疫系统的分子机制

▸ LPS与TLR4的识别与信号传导

LPS通过与细胞膜上的Toll样受体4(TLR4)复合物结合,激活先天免疫细胞,其生物学效应由此启动。作为典型的病原体相关分子模式(PAMP),LPS被TLR4这一模式识别受体特异性识别

↘ 脂多糖的识别过程需要多种蛋白质协同作用:

LPS结合蛋白(LBP):首先结合循环中的游离LPS,从聚集体中提取LPS分子,并将其运输至CD14;

CD14:将LPS转移至TLR4-MD2复合物;

TLR4-MD2复合物:MD2蛋白结合LPS的脂肪酸A部分。结合后,MD2发生构象变化,导致TLR4二聚化并启动下游信号转导。

▸ TLR4多态性影响LPS敏感性与疾病风险

TLR4基因多态性(如Asp299Gly、Thr399Ile)可改变受体结构降低其与LPS的结合亲和力和敏感性,从而减弱炎症反应,并影响慢性疾病的易感性

因此,在相同脂多糖水平下,不同个体的炎症程度疾病风险可存在显著差异。携带这些变异的个体炎症反应较低,动脉粥样硬化风险可能下降,但对革兰氏阴性菌感染的易感性及严重脓毒症风险增加,体现出权衡效应。相反,无变异者对LPS更敏感,更易发生强烈炎症反应及相关慢性疾病,需要更积极地控制LPS水平

除上述多态性外,其他遗传变异亦参与调控LPS敏感性,共同决定个体差异。这也反映了遗传与环境的相互作用:环境决定暴露水平,遗传决定反应强度,两者共同影响疾病风险。

编辑​

doi.org/10.3390/ijms24098395

▸ 脂多糖的免疫识别与炎症激活

↘ 识别与递呈(胞外阶段)

LPS在循环中先由脂多糖结合蛋白(LBP)结合并单体化,随后转移至CD14(mCD14或sCD14),再递交给TLR4-MD2复合物。MD2结合脂质A后诱导TLR4二聚化,启动信号转导。LBP和CD14提高了系统对低浓度LPS的敏感性

↘ 两条主要信号通路(TLR4下游)

MyD88依赖通路(主要炎症通路):通过IRAK–TRAF6–TAK1–IKK级联,激活NF-κB,诱导TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎细胞因子产生,是LPS炎症反应的核心机制。

TRIF依赖通路:在内体中激活TBK1–IRF3,诱导I型干扰素(IFN-α/β)产生,并促进共刺激分子表达,连接先天免疫与适应性免疫。

↘ 细胞内识别与炎症放大

NOD样受体(Nod1/Nod2)识别细菌肽聚糖成分(不是直接识别LPS),通过RIP2激活NF-κB,与TLR4信号协同放大炎症反应

↘ 炎症小体激活(第二放大机制)

LPS作为”第一信号”诱导NLRP3和pro-IL-1β表达;ATP等作为”第二信号”激活炎症小体,caspase-1剪切成熟IL-1β,进一步放大炎症级联反应

↘ 核心转录调控节点

NF-κB是关键汇聚点,几乎所有LPS诱导的促炎基因均依赖其激活,是慢性炎症持续存在的核心分子基础。

↘ 主要效应分子

TNF-α、IL-1β、IL-6共同介导LPS的炎症效应;CRP为IL-6驱动的临床替代指标,常用于炎症监测

↘ 剂量决定结局

低剂量长期暴露:持续激活NF-κB → 慢性低级别炎症 → 代谢性疾病等。

高剂量急性暴露:细胞因子风暴 → SIRS/脓毒性休克。

07
脂多糖与慢性疾病的关联

▸ 脂多糖与动脉粥样硬化

通常认为胆固醇动脉粥样硬化的主要原因,但往往忽视了炎症因素,尤其是LPS对内皮细胞的直接激活作用。

血管内皮细胞表达TLR4和CD14。LPS与TLR4结合后激活NF-κB信号通路,诱导细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)的表达。这些黏附分子为循环中的单核细胞和淋巴细胞提供黏附位点

↘ 脂多糖作用于内皮细胞促进动脉粥样硬化

黏附的白细胞随后穿越内皮进入血管壁,单核细胞分化为巨噬细胞,摄取氧化低密度脂蛋白(oxLDL),形成泡沫细胞。泡沫细胞的聚集构成脂肪纹,这是动脉粥样硬化的早期病变

此外,LPS还可诱导内皮细胞产生促炎细胞因子(如TNF-α、IL-6),进一步促进炎症反应、白细胞浸润及血管平滑肌细胞增殖,加速病变进展

同时,LPS可通过增加活性氧生成、减少一氧化氮(NO)生物利用度,引发内皮功能障碍,表现为血管舒张能力下降促凝状态增强

因此,持续升高的LPS水平可通过直接作用于内皮细胞促进动脉粥样硬化的发生和发展。

▸ 脂多糖与2型糖尿病及胰岛素抵抗

长期升高的循环LPS可激活脂肪组织、肝脏等处的巨噬细胞,促使其分泌TNF-α、IL-6等炎症因子。这些因子通过激活丝氨酸/苏氨酸激酶,促进IRS-1发生丝氨酸磷酸化,从而抑制其正常的酪氨酸磷酸化,阻断胰岛素信号传导,导致胰岛素抵抗

↘ 降低脂多糖可改善胰岛素敏感性并降低血糖

在此状态下,β细胞需代偿性分泌更多胰岛素以维持血糖,但长期负担会导致功能衰竭,最终发展为2型糖尿病。研究表明,2型糖尿病患者循环LPS水平显著升高,而降低LPS可改善胰岛素敏感性降低血糖,支持其在发病中的关键作用。

因此,糖尿病管理不应仅关注血糖,还应调节肠道菌群,从源头降低LPS水平。该机制也解释了部分体重正常者患病的原因:即使无肥胖,若存在菌群失调和LPS升高,仍可诱发炎症和胰岛素抵抗。对肠道菌群及LPS风险的评估,有助于实现更早期干预与预防。

▸ 脂多糖与非酒精性脂肪性肝病

肠道来源的脂多糖经门静脉直接进入肝脏。肝脏中的库普弗细胞高表达Toll样受体4(TLR4),可识别LPS并激活NF-κB信号通路,进而释放TNF-α、IL-1β等促炎细胞因子

这些炎症因子一方面抑制肝脏胰岛素信号通路,降低脂肪酸氧化能力,促进甘油三酯在肝细胞内沉积,从而加重脂肪变性;另一方面可激活肝星状细胞,促进胶原合成和细胞外基质沉积,推动肝纤维化进展。

随着炎症持续存在,疾病可由单纯性脂肪肝逐步发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH),甚至进一步进展为肝纤维化和肝硬化

↘ NAFLD患者存在脂多糖水平显著升高

研究显示,非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者的门静脉及循环LPS水平显著升高;而降低LPS水平可减轻肝脏炎症反应改善脂肪变性及纤维化程度,进一步支持LPS在NAFLD中的关键作用。

这一机制同样解释了为什么部分不超重、无饮酒史的人群仍会发生NAFLD:即使没有传统代谢风险因素,肠道菌群失调导致的LPS升高,依然可以驱动肝脏炎症和疾病进展。

▸ 脂多糖与高血压

↘ 脂多糖通过减少NO生成提高血管张力并升高血压

脂多糖可激活血管内皮细胞NF-κB通路,诱导促炎因子释放,并抑制内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达与活性,减少NO生成。NO减少会削弱血管舒张、增强收缩,进而提高血管张力并升高血压

同时,LPS可损伤内皮结构增加血管壁僵硬度外周阻力;长期炎症还促进血管重构,使高血压逐渐固定化。动物研究表明,慢性低剂量LPS可升高血压,而降低LPS水平有助于改善血压,支持其在血压调控中的作用。

▸ 脂多糖与肥胖的相互促进

肥胖可促进脂肪组织炎症脂多糖蓄积,而LPS介导的炎症又进一步干扰能量代谢、促进脂肪储存,二者形成相互促进的正向循环。

编辑​

https://doi.org/10.1080/08830185.2021.1996573

↘ 脂多糖干扰能量代谢、肥胖又促进脂多糖积累

此外,LPS还可能通过影响下丘脑能量调节,干扰食欲能量摄入,进一步推动体重增加。

研究表明,减重可降低脂肪组织炎症和LPS负荷,改善胰岛素敏感性,从而有助于打破这一循环。

这一循环提示,单纯依赖热量限制可能不足以优化代谢状态;若同时改善肠道菌群、降低LPS水平,可能更有助于提高减重效果代谢改善程度

▸ 脂多糖与神经系统疾病

循环LPS能够通过多种途径穿过血脑屏障进入脑实质,激活小胶质细胞产生炎症,所以外周LPS升高能够影响中枢神经系统功能,参与神经精神疾病发生发展。

LPS分子量大约10-20 kDa,属于大分子,但是研究证实,循环LPS能够穿过血脑屏障进入脑内,主要通过几个途径:

•血脑屏障上有特定转运系统:能够转运LPS进入脑内,低浓度LPS就能够转运;

•炎症能够破坏血脑屏障完整性:LPS本身引发外周炎症,炎症介质破坏血脑屏障,更多LPS能够进入脑内,形成恶性循环;

•绕过血脑屏障:LPS能够通过血脑屏障薄弱部位比如延髓最后区进入脑内,然后扩散到其他脑区。

↘ 脂多糖入脑激活小胶质细胞致炎

进入脑内的脂多糖能够激活小胶质细胞,小胶质细胞是脑内巨噬细胞,表达TLR4,激活后产生促炎细胞因子引发神经炎症,损伤神经元,所以外周LPS升高能够增加中枢神经炎症,参与抑郁症、帕金森病、阿尔茨海默病发生发展。

LPS能够穿过血脑屏障进入中枢这个事实,把外周肠道LPS中枢神经疾病连接起来了,肠道菌群失调→LPS升高→进入中枢→激活小胶质细胞→神经炎症→神经精神疾病,这个完整通路现在已经被越来越多研究证实,这就是”肠脑轴”重要分子机制,所以改善肠道菌群降低LPS,能够帮助预防和改善神经精神疾病

这一机制也解释了为什么肠道菌群失调能够影响情绪和认知脂多糖进入中枢激活炎症就是重要介导。

编辑​

doi.org/10.1021/acschemneuro.8b00733

08
脂多糖的检测方法

1
质谱检测

脂质A中的脂肪酸为3-羟基脂肪酸(3OH-FAs),其链长和酰化模式具有多样性,并可能影响LPS的免疫原性

由于酯化的3OH-FAs仅来源于脂质A,因此其水平可作为循环中LPS的替代指标。早期采用GC/MS对其进行分离和定量;近年来发展出HPLC/MS/MS方法,通过计算总3OH-FAs与游离3OH-FAs的差值来定量酯化部分,从而实现更高灵敏度和准确性的LPS检测。

2
血浆脂多糖定量

血浆LPS定量检测是评估内毒素血症的重要方法之一,常用鲎试验(LAL)可用于检测血浆中LPS水平,反映循环内毒素负荷

LAL试验基于鲎变形细胞溶解物对LPS的反应,可通过比浊或显色方法进行定量,检测灵敏度可达皮克级别。

↘ 但需要注意:

血浆中存在多种干扰因素(如脂蛋白、蛋白结合等),可能影响检测结果,因此不同实验条件下数值存在一定变异。

不同研究中报告的参考范围有所差异,临床上更常用于相对变化和趋势评估,而非绝对诊断标准。血浆LPS检测可用于研究或特定情况下评估内毒素水平变化,但在实际应用中通常需要结合其他指标综合判断。

3
炎症标志物间接反映

脂多糖可激活免疫系统,诱导IL-6等炎症因子释放,进而促进肝脏合成CRP,因此CRP和IL-6可以反映炎症反应水平。但需要强调的是CRP和IL-6是非特异性炎症指标,会受到感染、损伤、慢性疾病等多种因素影响

在排除急性感染等因素的前提下,CRP(尤其hs-CRP)可以作为低度慢性炎症的实用监测指标,用于跟踪干预效果,但不能单独用于判断LPS水平

4
肠道菌群检测推断LPS产生潜力

通过16S rRNA或宏基因组测序分析肠道菌群组成,可以从菌群结构角度推断LPS产生潜力,用于评估风险趋势

LPS来源于革兰氏阴性菌,因此其相对丰度与LPS产生潜力相关,但这种关系是间接的、受多因素影响。

例如:

拟杆菌门虽为革兰阴性,但其LPS炎症活性差异较大并非全部强致炎

菌群功能、宿主状态、屏障功能等都会影响最终LPS水平;

菌群检测更适合用于风险评估和干预方向指导,而不是直接判断LPS实际水平

5
谷禾健康肠道菌群检测评估LPS相关风险

谷禾报告对很多菌群多指标整合分析,可以更系统地评估LPS相关风险趋势,用于指导个体化干预。我们方法的价值在于从菌群结构和功能角度提供参考信息,但仍需结合临床指标(如炎症指标、代谢指标)综合判断。

↘ 高LPS风险的菌群特征

谷禾报告中高LPS风险通常表现为革兰氏阴性菌相对丰度偏高,伴随促炎菌增加短链脂肪酸产生菌减少及综合评分升高,提示较高的LPS产生与炎症潜力

典型特征包括:

革兰氏阴性菌相对丰度升高→LPS来源增加(潜力增加);

B/F比值升高→菌群结构向阴性菌倾斜;

促炎革兰氏阴性菌增加→LPS炎症活性增强;

短链脂肪酸产生菌减少→抗炎能力下降+屏障支持减弱;

•综合风险评分偏高→多因素叠加的结果。

这些特征反映的是LPS相关风险升高的趋势,提示需要从菌群和生活方式层面进行干预。

↘ 低LPS风险的菌群特征

低LPS风险通常表现为菌群结构相对平衡短链脂肪酸产生能力良好、综合评分较低,提示LPS产生和炎症风险较低。

主要特征包括:

革兰氏阴性菌比例在合理范围→LPS来源稳定;

B/F比值平衡→菌群结构稳定;

促炎致病菌未见明显富集→炎症驱动较低;

短链脂肪酸产生菌充足→有助于抗炎和维持屏障;

•综合评分低→整体风险较低

低风险代表当前状态良好,但仍需维持健康饮食和生活方式以保持稳定。

6
结合肠道通透性综合评估LPS

LPS风险评估需要同时考虑“产生”和”吸收”两方面,即菌群结构肠道通透性共同决定循环LPS水平。

关键理解三种情况:

屏障受损(肠漏)时→即使LPS产生不高,也可能吸收增加;

•屏障正常时→即使LPS产生略高,进入血液的量可能有限;

两者同时异常→LPS升高风险最大。

综合评估可以区分问题来源(“产多了”还是”漏多了”),从而更有针对性地干预,例如侧重调菌或修复屏障。

09
脂多糖升高的干预和管理策略

1
修复肠道屏障—减少LPS吸收的根本措施

无论LPS升高的原因如何,修复肠道屏障降低其进入循环的根本措施。完整的肠道屏障通过维持上皮细胞间的紧密连接,阻止LPS经细胞间隙进入血液;当屏障受损时,紧密连接蛋白减少、通透性增加,LPS更易入血。因此,恢复紧密连接完整性有效减少LPS吸收并降低其循环水平。

①补充乳铁蛋白

乳铁蛋白是一种铁结合糖蛋白,可促进肠上皮细胞增殖与更新,维持紧密连接蛋白表达屏障完整性,从而降低肠道通透性,减少LPS进入循环并降低其水平

此外,乳铁蛋白具有特异性LPS结合结构域,能高亲和力结合并中和LPS,阻断其与免疫细胞膜TLR4受体结合,抑制下游炎症信号通路,减少促炎因子产生,从而直接抑制炎症反应

②补充谷氨酰胺

肠上皮细胞更新迅速,需充足谷氨酰胺供能;其充足时可维持上皮更新紧密连接蛋白合成,保持屏障完整与正常通透性,减少LPS经细胞间隙入血。

肠漏或屏障受损时,补充谷氨酰胺促进上皮修复、增强紧密连接、降低通透性,从而减少LPS吸收,对此类人群尤为有益。

2
其他减少LPS吸收与转运的措施

①维生素D

可以上调紧密连接蛋白,降低肠道通透性,减少LPS跨上皮转运。

②改善便秘

缩短肠道转运时间,减少LPS在肠腔内累积及与肠壁接触时间,从而降低吸收机会

③减轻压力+改善睡眠

通过降低HPA轴激活和皮质醇水平,改善紧密连接肠屏障功能,减少LPS进入循环。

3
减少其他LPS产生来源

①治疗SIBO

小肠细菌过度生长增加潜在LPS来源,在肠屏障受损时更易转化为循环LPS,抗生素等针对性治疗可降低细菌负荷,从源头减少LPS产生

②牙周治疗

牙周感染中革兰阴性菌持续释放LPS,可通过受损牙龈进入循环,系统治疗减少这一持续输入源。

4
控制每餐脂肪摄入

我们之前介绍过,吃完脂肪后,肠道合成乳糜微粒运输脂肪,LPS亲脂,结合到乳糜微粒上,随乳糜微粒进入淋巴循环,然后进入体循环,因此每餐脂肪越多,合成的乳糜微粒越多,进入循环的LPS越多,所以控制每餐脂肪量减少乳糜微粒,进而减少进入循环的LPS,降低循环LPS水平

简单饮食调整:一餐不要吃太多脂肪,全天均匀分布脂肪,可以减少餐后LPS升高,减少累积炎症

5
增加膳食纤维,黄酮、多酚等摄入

①芹菜素(apigenin)

芹菜素是一种广泛存在于温热带蔬果中的黄酮类化合物,在芹菜、洋甘菊欧芹中含量较高,具有肠道靶向的抗炎作用

其可调节肠道菌群、强化肠道屏障,从而减少LPS吸收;在高脂饮食诱导的肥胖模型中,补充芹菜素可显著降低全身LPS水平及相关低度炎症

②菊粉(Inulin)

益生元纤维如菊粉促进抑制LPS的共生菌生长,并增加短链脂肪酸(SCFAs)生成,从而修复肠黏膜

在一项针对2型糖尿病女性的随机对照试验中,补充菊粉8周使血浆LPS较安慰剂下降27.9%,同时炎症因子和胰岛素抵抗显著改善

这些效应主要归因于其对肠道菌群的调节和对紧密连接蛋白的增强,从而抑制LPS易位,表明膳食纤维是降低内毒素血症和炎症的可行策略。

③利福昔明

利福昔明是一种肠道特异性抗生素,针对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌,且不进行全身吸收。通过重塑肠道微生物群,利福昔明可以降低内源性内毒素的产生。

在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者中,28天的利福昔明治疗显著降低了血清内毒素水平(内毒素活性下降,P=0.03),同时肝酶和炎症标志物有所改善

④姜黄素

姜黄素可通过强化肠道屏障并解毒内毒素,减少LPS介导的炎症。在饮食诱导的代谢综合征啮齿动物模型中,姜黄素提高肠道碱性磷酸酶活性(去磷酸化并中和LPS),维持紧密连接结构,从而防止血浆LPS升高。

在高脂饮食的糖尿病大鼠中,姜黄素可使升高的血清LPS和TNF-α恢复至正常水平。这些作用与其重塑肠道菌群(增加有益菌)及直接抑制LPS诱导的肠道信号通路有关。初步人体研究亦支持其作为辅助干预,用于降低代谢疾病中的内毒素血症和炎症

⑤膳食纤维的综合作用

膳食纤维不被人体消化,进入结肠后作为双歧杆菌、乳杆菌等革兰阳性有益菌的发酵底物,促进其增殖并相对降低革兰阴性菌比例,从而减少LPS生成。

有益菌发酵产生的短链脂肪酸具有抗炎作用增强肠道屏障,降低LPS吸收,形成双重降LPS效应。其中丁酸盐既是能量来源,又可强化屏障功能,是膳食纤维降低LPS的重要机制之一。

6
调节肠道菌群,选择合适的益生菌

①从源头调整肠道菌群减少脂多糖产生

LPS由肠道革兰氏阴性菌产生;其比例升高会增加LPS生成。通过饮食调节促进革兰氏阳性有益菌生长、降低阴性菌比例,可从源头减少LPS产生并降低其循环水平,这种改变具有长期稳定性

益生菌和益生元均有助于调节菌群,因此饮食干预是更为根本且可持续的策略。相比单纯依赖抗炎药物,从源头控制菌群更能长期维持LPS在正常水平,促进整体健康。

②施用以革兰氏阳性菌为主的益生菌

选择的益生菌应该以双歧杆菌、乳杆菌等革兰氏阳性菌为主,这些本身没有LPS细胞壁,不会给肠道额外增加LPS,同时抑制革兰氏阴性菌过度生长,减少总LPS产生。

避免选择含有大量革兰氏阴性菌的益生菌产品,这些会给肠道额外增加LPS,增加LPS负担,反而达不到降低LPS的效果。

7
抑制LPS诱导的炎症反应

①Omega-3脂肪酸

改变细胞膜结构与脂筏环境,影响TLR4信号复合体激活,并通过resolvins等介质促进炎症消退,从而减轻LPS炎症反应

②小剂量阿司匹林

通过COX抑制及NF-κB通路调节发挥整体抗炎作用,同时抑制血小板聚集,降低LPS相关心血管风险(主要为系统性抗炎效应的一部分)。

8
减少脂肪组织LPS蓄积

LPS亲脂容易蓄积在脂肪组织中,脂肪组织质量越大蓄积LPS总量越多,脂肪组织不断缓慢释放LPS进入循环,维持循环LPS持续低水平升高减肥减少脂肪组织质量,LPS蓄积总量减少,释放进入循环的LPS减少,循环LPS水平下降

减肥同时改善肠道菌群,减少革兰氏阴性菌比例,进一步减少LPS产生,多重机制共同降低循环LPS水平,因此肥胖症减少体重可以显著降低LPS水平。

9
不同LPS风险分层个体化干预策略

不同LPS风险程度需要不同强度干预策略,低风险维持健康生活方式,中风险饮食调整加针对性营养补充,高风险先排查继发性疾病针对性治疗,个体化干预更高效

•低LPS风险:不需要特殊药物干预,维持低LPS饮食模式健康生活方式,几个月复查一次即可,长期维持可以稳定保持低LPS。

•中度LPS风险:饮食调整基础上,针对性补充营养补充剂,比如益生元、益生菌、乳铁蛋白,根据是否存在屏障损伤选择修复屏障营养,3-6个月复查调整方案。

•显著LPS风险:先排查继发性疾病,常见继发性疾病是SIBO、牙周病、便秘,针对性治疗继发性疾病,治疗后继续生活方式维持。

根据风险分层选择不同干预强度,避免低风险过度干预浪费金钱扰乱菌群,高风险干预不足达不到效果,个体化分层干预平衡效果和安全性,更合理高效

总结

很多人从未关注过脂多糖(LPS),也很少意识到它与常见慢性疾病之间的联系。通过本文的系统梳理,我们从结构、机制到疾,再到干预路径,已经建立起一个相对完整的认知框架。

⑴脂多糖的基本特性

脂多糖由脂质A、核心多糖和O抗原构成,其中脂质A是主要的免疫活性结构。其物理化学性质较为稳定,一般灭菌手段难以完全去除其活性。

⑵代谢与清除路径

脂多糖主要来源于肠道菌群。正常情况下,肠道屏障可以限制其大量进入体内;进入循环后的LPS主要由肝脏清除。部分研究提示,脂肪组织在一定程度上也可参与LPS相关过程。

⑶致病机制

LPS可通过TLR4被机体识别,激活先天免疫系统诱导TNF-α、IL-6促炎因子释放。当这种激活处于长期低水平状态时,可对多组织产生慢性损伤

⑷疾病关联

脂多糖升高与多种慢性疾病存在相关性,包括代谢综合征2型糖尿病非酒精性脂肪肝(NAFLD)、动脉粥样硬化、高血压、肥胖,以及部分神经系统疾病自身免疫疾病等。但其作用通常是多因素共同参与的一部分。

⑸脂多糖升高的常见因素

高脂饮食、过量饮酒、吸烟、膳食纤维摄入不足、长期使用广谱抗生素,以及SIBO、牙周炎、便秘、慢性压力、睡眠不足和肥胖等,都可能通过不同路径影响脂多糖水平。

⑹检测与评估方式
脂多糖可以通过血浆检测进行评估,同时CRP等炎症指标可作为间接参考。结合肠道菌群检测,有助于从“产生—吸收—炎症反应”多个维度综合评估风险。

⑺干预基本原则

围绕三个核心方向展开:

减少产生(调节菌群)

减少吸收(修复肠道屏障)

减少转运与炎症反应(饮食与系统状态调节)。
同时,对于SIBO、牙周炎等明确来源,应进行针对性处理,并结合个体情况进行分层干预。

脂多糖(LPS)是革兰氏阴性菌细胞壁的特有成分。在正常生理状态下,少量脂多糖进入循环,有助于维持基础免疫激活

但当多种因素叠加,导致循环中LPS长期处于偏高水平时,机体会进入一种“慢性低度炎症状态”,这一状态被认为与多种慢性疾病的发生发展密切相关。因此,长期维持LPS在合理范围内,是慢性疾病预防与管理中一个值得关注的重要环节。

主要参考文献

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科学用钙的底层逻辑:K2与肠道菌群协同,优化骨骼-血管健康

谷禾健康

维生素K是一种对身体功能至关重要的脂溶性维生素。它们被认为是人类产生多种参与凝血钙稳态蛋白质的重要辅因子,所以又叫凝血维生素

天然存在的维生素K主要分为两类:维生素K1(叶绿醌)和维生素K2(甲萘醌)。尽管同属维生素K,但它们之间有不少差异

维生素K1主要存在于绿色蔬果中,K2存在于发酵食品或由肠道细菌产生。微生物K2通常半衰期更长,更容易在血清中积累,且其在肝外的血液分布范围更广生物利用度更高

并且维生素K2除了常规的凝血作用外,研究发现其可能还有益于心血管健康改善骨质疏松、对肾病有帮助、或预防关节炎改善血糖控制,并可调节免疫与神经认知,甚至具一定抗癌潜力

维生素K2(主要为MK-7和MK-4)通过γ-羧基化(γ-carboxylation)机制激活两类关键蛋白:骨钙蛋白(Osteocalcin, OCN)和基质Gla蛋白(Matrix Gla-protein, MGP)。前者驱动钙沉积于骨基质,提高钙离子的结合力,使活化的OCN能够有效捕获血液中的钙离子并将其整合到骨矿物质中;后者则阻止钙在血管和软组织中的病理性沉积,减少血管异常钙沉积、降低心脑血管健康风险。

值得注意的是,维生素K2的内源性合成肠道菌群状态密切相关,肠道益生菌(如乳酸菌、双歧杆菌,芽孢杆菌属等)是K2的主要内源合成者,其健康状态直接影响K2的体内浓度、肠道对外源K2的吸收利用效率,以及钙、维生素D等其他营养物质的生物利用度。抗生素使用、高脂高糖饮食、肠道炎症等因素导致的菌群失调会显著降低益生菌数量,进而导致K2合成下降,使得即使补充充足的钙和维生素D,其骨矿化效率仍然有限

本文旨在从分子生物学、营养代谢和菌群微生态的多维度,系统阐述维生素K2的生理机制、吸收利用和代谢过程,阐明肠道菌群与K2的协同作用机制,并进一步介绍了从补给一饮食一菌群生态位层面的综合改善干预预防措施。

什么是维生素K?
K1和K2有哪些区别?

什么是维生素K?

维生素K(Vitamin K)又叫“凝血维生素”,因为它传统上最常与凝血相关:维生素K参与凝血相关蛋白的成熟激活(羧化),缺乏时会影响凝血功能。维生素K是一类脂溶性的小分子营养素,其最早于1929年由丹麦化学家达姆从动物肝和麻子油中发现并提取。

↘ K1、K2天然存在且为脂溶性

维生素K包括K1(叶绿醌)、K2(甲基萘醌)、K3(甲萘醌)、K4(甲萘氢醌)等几种形式,其中K1、K2天然存在的,属于脂溶性维生素;而K3、K4是通过人工合成的。

这四种维生素K的化学性质都较稳定,能耐酸、耐热,正常烹调中只有很少损失,但对光敏感,也易被碱和紫外线分解。

虽然维生素K1和维生素K2同属于维生素K家族,并且都属于天然存在的营养成分,但它们在很多方面仍然直接存在着差异;这些不同并不只是来源层面的区别,而是会进一步体现在它们在体内的分布可利用性以及由此带来的生理功能表现上。

注:本文这里主要介绍维生素K1和K2

▸ 来源差异

↘ K1主要存在于绿色蔬果中

维生素K1主要存在于绿叶蔬菜植物油部分水果中(菠菜、卷心菜、羽衣甘蓝、牛油果),是饮食中维生素K的主要来源。

↘ K2存在于发酵食品或由肠道细菌产生

维生素K2存在于动物性和发酵食品(纳豆、奶酪、酸菜)中,或由人体肠道细菌产生。

维生素K1和K2的膳食来源

doi: 10.3390/ijms20040896.

▸ 结构差异

维生素K1含有一个由4个异戊二烯基单元构成的植酸侧链。

而维生素K2含有一个不饱和脂肪族侧链,并带有可变数量的异戊二烯基单元;丙烯基单元的数量对应不同的甲萘醌类型,包括短链的甲萘醌-4(MK-4)以及长链的MK-7、MK-8和MK-9。

其中,“n”越大代表侧链越长,从而显著影响其理化性质并进一步影响体内行为(如吸收、分布与停留时间)。

维生素K家族的化学结构

Zhang T,et al.Foods.2024

▸ 生物利用是关键差异

↘ K1主要分布在肝脏、K2分布更广泛

维生素K1和K2均为脂溶性,可与膳食脂肪胆汁吸收。但它们在组织中的分布有所不同肝脏、心脏和胰腺维生素K1水平较高,但大脑、肾脏和肺部的浓度较低

相较之下,维生素K2可存在于所有组织,但在肝脏、心脏和肺部浓度较低。其长链衍生物可重新分布至循环系统,并用于肝外组织,如骨骼和血管。MK-4在大脑、肾脏和胰腺中的水平较高或接近K1,且其总体水平高于K1

↘ 维生素K2半衰期更长,生物利用度更高

微生物K2(尤其是长链MK-7/MK-9)通常半衰期更长。一项比较维生素K1与MK-7的研究显示,MK-7半衰期可达68小时,而K1仅为1–2小时

因此,维生素K2更容易在血清中积累,且其在肝外的血液分布范围更广,能更好地到达骨骼和血管等组织。相比之下,维生素K1从循环中清除更快,更易在肝脏中积累,并通过尿液和胆汁排出。

维生素K的生物利用度和生物分布

doi: 10.3390/ijms20040896.

研究发现,MK-7吸收效率生物利用度最高。无论是摄入蔬菜来源的维生素K1,还是摄入富含K2的食物来源MK-7,二者在摄入后2小时内均可迅速吸收;但餐后血清中MK-7浓度约为K1的10倍

同时,K1的空腹血浆浓度在个体间差异显著,且其吸收低于MK-4以及更长链的K2(如MK-8、MK-9)。长链维生素K2(尤其MK-7与MK-9)在循环中的半衰期更长,因此在循环中可被肝外组织更长时间利用

不过,并非所有维生素K2都同样高效:MK-4的生物利用度并不一定对应给药后血清浓度升高;而MK-7给药可使血清MK-7水平在数天内持续升高,从而更好地反映并促进体内维生素K水平

▸ 功能意义

两者均是维生素K依赖蛋白(凝血因子、骨钙素、基质Gla蛋白)γ羧化的辅因子


K1以肝脏凝血作用为主;
K2(尤其MK-7):更有效地激活肝外蛋白。现有证据提示其对骨骼健康和血管钙化可能有益,并被用于研究其在心血管、代谢及炎症相关疾病中的作用。

为什么维生素K2如此重要?

维生素K2如此重要,是因为它在人体内发挥多种关键作用,其中最为人熟知的是它作为维生素K依赖性凝血因子的激活辅因子

近几十年的研究显示,维生素K2可能通过参与组织矿化、炎症、氧化以及年龄相关疾病过程发挥保护作用,从而为其在未来临床实践中的应用提供新的方向。

目前,维生素K2心血管疾病、骨骼发育与骨折慢性肾病以及某些癌症中的作用已较为明确;同时,越来越多的证据提示其在肝病、免疫功能、神经系统疾病肥胖等方面也可能具有更广泛的作用。

对于凝血功能至关重要

维生素K是四种凝血蛋白(凝血酶原、转变加速因子、抗血友病因子和司徒因子)在肝脏内合成必不可少的物质,对γ-羧基谷氨酸的合成具有辅助作用。如果缺乏维生素K,则肝脏合成的上述四种凝血因子均为异常蛋白质分子,催化凝血作用的能力将大大下降

维生素K促凝血和抗凝因子

Mladěnka P,et al.Nutr Rev.2022

维生素K2对心血管疾病有益

血管钙化是一个主动过程,推动心血管疾病发生,是全球主要死因之一。维生素K2依赖的蛋白质能够激活保护机制抑制血管钙化发展。

↘ 维生素K2可以降低血管钙化风险

以MK-7形式存在的维生素K2,在健康与患病人群队列多项试验中表现出对钙化形成的长期保护作用;多项研究亦提示心血管疾病总体发生风险降低。甚至在健康人群补充后,也观察到动脉硬化的倒退与血管弹性的改善

维生素K2的作用机制

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doi: 10.1136/openhrt-2021-001715.

这些蛋白通过维生素依赖性羧化被激活。动脉粥样硬化斑块中识别的激活基质GLa蛋白可能抑制钙沉淀软组织钙化。在一项前瞻性人群研究(LOE-A)中,纳入4807名基线无心肌梗死受试者并随访7年:维生素K2摄入量最高组相较最低组冠心病风险显著降低

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影响因子:4.281

有趣的是,在对维生素K1和K2异构体进行全面评估的研究中,只有K2与心血管获益相关,K1则无。此外,维生素K2在心血管疾病中的作用范围较广

目前全球仍有多项针对心血管患者补充维生素K2的大型临床研究在进行,结果将进一步完善其在该领域的证据体系。

维生素K2能改善骨质疏松症

维生素K2具有促进骨形成的作用,临床与实验研究均证实其对抗骨质疏松具有明确效果。在骨髓间充质干细胞中,维生素K2促进骨生成的分化

↘ 维生素K2支持骨分化,有助于抗骨质疏松

一项系统性综述(证据水平I[LOE = A])显示,维生素K2在日本患者中对预防椎骨骨折的比例为60%,对髋部骨折为77%,对非椎骨骨折为81%。其效果与传统双膦酸盐疗法相当。

另一项研究(LOE-B)纳入241名接受维生素K2(每天45 μ克)联合钙治疗的骨质疏松患者,结果表明其骨密度保持稳定;而接受钙与安慰剂治疗者的腰椎骨密度下降了2.5%,且治疗组骨折减少了65%。

与骨骼代谢相关的维生素K2作用通路

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doi: 10.3390/foods10123136.

维生素K2可通过与OC无关的机制调节骨代谢。MK-7可促使成骨细胞前体细胞上调ALP、Runx2和Osterix,并促进其分化为矿化型成骨细胞;相反,在破骨细胞中维生素K2降低其分化并抑制骨吸收。其机制与抑制细胞因子诱导的NF-κB激活有关:MK-7及较轻的MK-4可抑制NF-κB,而维生素K1未表现出类似活性。

↘ 维持骨密度,减少因骨质疏松引起的骨折

临床研究还表明,维生素K2维持腰椎骨密度,减少年龄相关的骨质疏松性骨折;也能减少糖皮质激素诱发的骨质疏松性椎骨骨折,并在肝功能障碍相关骨质疏松中维持腰椎骨髓性低估表现;在瘫痪患者中,维生素K2则可增加脑血管疾病患者上肢的掌骨密度。

为期三年的随机对照试验(RCT,LOE = A)提示,每天补充维生素K2 180 μ克可减少腰椎和股骨颈骨密度的正常年龄相关下降,但不影响全髋关节;同时,维生素K2(MK-7)还能防止下胸椎椎高的下降

维生素K2对肾病有益

去磷酸化-非羧化MGP(dp-ucMGP)是维生素K缺乏的公认研究标志物,最早在慢性肾病患者中被报道。dp-ucMGP水平与慢性肾病进展相关:晚期患者循环中的dp-ucMGP更高

↘ 慢性肾病人群常缺乏维生素K

维生素K缺乏见于多种慢性肾病人群,包括尿路结石、肾结石与尿毒症。随着慢性肾病阶段加重并进入维持性血液透析,维生素K状态往往更明显受影响;动物模型与人体研究均提示,肾功能恶化时MGP可能发生过度表达,从而反映肾功能的进一步下降。

↘ 补充维生素K2有助于改善肾小球滤过等功能

已有研究表明,补充维生素K2改善肾动脉功能,并抑制肾动脉钙化继续发展;同时也可能改善患者队列中的肾小球滤过

因此,维生素K2慢性肾病领域具有广阔前景,相关大规模研究正积极评估其作为治疗策略的效果。

维生素K2可能预防关节炎

↘ 缺乏K2可能导致骨关节炎

新出现的证据提示,维生素K可能在预防致残性骨关节炎方面发挥重要作用。维生素K摄入不足时,软骨骨骼可能出现异常矿化

动物与人体研究发现,维生素K状态骨关节炎风险相关。以一项纳入719名日本参与者的基于人群横断面研究为例,膝关节骨关节炎风险升高较低的VK摄入有关。在校正年龄、性别、BMI、总能量摄入、血浆维生素D以及股骨颈骨密度后,结果仍支持维生素K状态与手、膝骨关节炎负相关

↘ 维生素K2有助于降低类风湿性关节炎

有证据表明,维生素K2补充剂通过降低CRP水平来减少类风湿关节炎中的炎症。维生素K2可能诱导类风湿关节炎滑膜细胞的凋亡

在一项横断面研究中,给予100 μ克MK-7的组在3个月后病变活跃度评分显著下降,同时生化标志物(ESR、CRP和基质金属蛋白酶)有所改善

维生素K2改善血糖控制

长期补充维生素K2降低糖尿病发生风险。最大的一项研究纳入约38000名20至70岁男女,结果显示每日仅10 μg K2即可将糖尿病风险降低7%

其潜在机制也逐渐被阐明:维生素K2激活骨钙素;体外研究表明它能促进胰腺β细胞增殖,并提高胰岛素产生及CyclinD1表达。

↘ 补充维生素K2提升胰岛素敏感性并改善血糖控制

在人类研究中,饮食/补充维生素K2摄入与胰岛素浓度敏感性显著变化相关。研究证明,高MK-4摄入量(30 mg/天)对健康年轻男性(n = 18岁,25.5–31.5岁)的胰岛素敏感性指数显著提升,相比安慰剂组(n = 15,24–31岁)在4周内显著增加。

同样,一项长期大型研究也显示,维生素K摄入量(平均摄入量:VK1 200±98微克/天,VK2 3±1/7微克)与2型糖尿病风险降低之间呈线性反相关。

维生素K补充剂可能作为一种新型辅助疗法,以改善血糖控制和生活质量

维生素K2可能具有抗癌效果

目前已有大量研究探讨维生素K家族的潜在抗癌作用

↘ 维生素K2有助于抑制肝细胞癌、肺癌细胞等

维生素K2可能通过多种途径发挥作用,包括蛋白激酶A、蛋白激酶C、核因子κB以及类固醇和外来受体。抑制人类肝细胞癌的生长与侵袭,并对肿瘤复发产生中度抑制

体外研究还显示,其对肺癌细胞生长的抑制呈剂量依赖性,胰腺癌细胞亦观察到类似效应。一项纳入超过11000名患者的队列研究表明,较高的维生素K2晚期前列腺癌显著减少相关;而维生素K1摄入增加与前列腺癌减少无关。

维生素K2调节神经认知

维生素K2可能通过多种机制支持神经功能。维生素K2的肝外活性已通过不同组织中K2循环酶的活性变化在体内得到阐明。

↘ 维生素K2对神经元有保护作用

值得注意的是,维生素K2酶在大脑中表达高度。已有文献记录K2对神经元的保护作用。MK-4提高了能量产生,并挽救帕金森病中发现的PINK1突变。

此外,多种维生素K2类似物已被发现在神经元分化中起决定性作用。首个关于K2与神经元活动相关的流行病学研究涉及45名多发性硬化症(MS)患者和29名健康志愿者。与性别和年龄依赖的对照组相比,MS患者的K2水平显著降低。此外,K2水平与神经痉挛和视神经损伤相关。这些新兴研究表明,维生素K2在神经发育和疾病中可能扮演重要角色。

↘ 补充维生素K有助于改善认知及阿尔兹海默症

维生素K可能在阿尔茨海默病的发病机制中起作用,因为它在大脑中调节胰岛转移酶活性生长因子/酪氨酸激酶受体活性。

有证据表明,阿尔茨海默病老年人的维生素K摄入量显著低于社区对照组。摄入维生素K可能改善健康老年人的认知功能。一项研究显示,维生素K与更好的言语情节记忆表现相关,尤其是在回忆任务中。维生素K拮抗剂的使用与认知障碍更频繁相关。

维生素K2影响免疫

近年来,体外研究提示维生素K2具有此前未知的免疫调节作用。

↘ 维生素K2可调节TNF-α、IL-1的表达

首先,MK-7可调节TNF-α、IL-1αIL-1β的表达。研究还发现,维生素K2抑制健康个体T细胞的增殖,而K1则无类似效果

该结论在更多患有特应性皮炎的儿童及健康对照者的T细胞中得到验证,并得到透析患者独立研究的支持。两项研究均表明,维生素K2可减少活化T细胞数量并抑制其增殖

综上,现有证据支持维生素K2可能作为新型免疫抑制剂发挥作用;其具体生理机制仍需进一步阐明。

维生素K2还可能影响肝脏健康与代谢

↘ 维生素K2对肝脏健康具有积极作用

维生素K在肝脏中的作用已明确:参与凝血因子生成及VKDP激活。既往研究多关注K1,但K2生物活性更高,可能与肝组织中的作用类似。近期研究还提示,维生素K2可能促进卵形细胞再生,并促进干细胞培养中肝细胞的成熟

此外,多项试验发现MK-4对由酒精性与非酒精性肝硬化引发的肝癌具有有效的抑制作用;维生素K2补充在肝硬化治疗中也呈积极趋势。然而仍需进一步研究,以确定其效果是否具有统计学意义,并阐明维生素K2在肝病中的作用机制。

↘ 较高维生素K2与代谢综合征发生率较低相关

也有研究探讨了维生素K2代谢综合征(MetS)之间的关联。

在一项10年随访研究中,纳入女性(n=402;49–70岁)和男性(n=400;40–80岁),结果显示高VK2摄入量(210.3 ± 127.0 μg/d)与MetS发生率降低相关(反映为三酰甘油水平下降及腰围减小);而VK1治疗组(31.1 ± 12.5 μg/d)未见类似相关性。

但一项包含5800名成年人(20–45岁)的横断面研究并随访6年发现,较高的VK1摄入量(84.8 ± 3.2 μg/天)可能有利于降低MetS患病率(以高血压下降和HDL胆固醇升高为指标)。

维生素K(K2)缺乏的表现及危害

前面已梳理出维生素K2在多方面具有关键的生理作用,那么当机体处于维生素K2缺乏状态时,相关的代谢与调控过程可能就会失衡,从而带来一系列潜在危害

维生素K缺乏的症状

维生素K是多种凝血相关蛋白的γ-羧化所必需的辅因子;当维生素K不足时,凝血级联中部分蛋白活性下降,可能导致凝血功能下降增加出血倾向,表现出以下症状:

  • 容易淤青、皮下出血点(瘀点);
  • 鼻出血、牙龈出血;
  • 伤口止血变慢;
  • 月经过多或异常经期出血;
  • 严重者可出现消化道出血或其他异常出血表现。

此外,维生素K缺乏还可能引发多个与维生素K相关的生理过程受到干扰:

1
骨代谢异常

维生素K2参与骨相关蛋白(如与矿化相关的蛋白)的激活,影响骨形成与骨矿化平衡。

缺乏时可能出现:

•骨密度下降

•骨质量变差(矿化不足);

•骨折风险增加(尤其是中老年人群)。

2
血管钙化风险升高

维生素K2能促进某些“抗钙化”相关蛋白的活化;当K2不足,这些保护性作用减弱。

结果可能表现为:

更容易发生动脉壁钙化

血管弹性下降

•长期来看可能增加心血管事件风险

3
慢性低度炎症与慢病风险

维生素K2除具有多种潜在作用外,还可能参与炎症相关的生物学反应;同时CRC相关材料提示,VK2同系物可影响炎症因子,例如在实验体系中抑制IL-8、IL-6、TNFα等促炎因子

维生素K2缺乏的潜在危害:

•如果K2相关的抗炎/免疫调节效应不足,可能更容易出现或维持低度炎症状态

•从而间接提高与炎症相关的慢病风险(具体到哪一种疾病,取决于人群、剂量、同系物构成、遗传与合并用药等)。

4
肠道菌群失衡

维生素K2很大一部分由肠道细菌合成,并与菌群之间存在互作关系;K2还能调节菌群动态,且与炎症及代谢相关状态密切相关。

因此维生素K2缺乏的危害可能还有:

•维生素K2缺乏可能反映或加重菌群失衡

•菌群与K2的耦合变化可能影响代谢与炎症微环境

•但“丰度变化→血清K2→临床终点”的因果链目前并不总是直观成立。

注:本文将在其中一个章节详细阐述肠道菌群维生素K2之间的相互作用。

5
脂肪/代谢相关功能可能受损

维生素K2代谢过程存在关联研究线索(例如与代谢综合征发生率、代谢指标的相关性)。

缺乏可能在部分人群中表现为代谢调控不佳,从而间接提高糖代谢异常血脂异常血压异常的风险(具体因果强度仍需进一步研究证实)。

6
神经系统与肌肉功能可能受影响

已有研究表明,维生素K2在神经系统相关通路中存在表达并发挥保护作用

维生素K2缺乏可能在易感人群中与以下风险相关(多为“潜在/可能”):

神经保护能力下降

神经功能维持不足

•进一步影响认知与运动相关能力

编者小结

维生素K2缺乏最可能的危害清单:

1.凝血风险升高:维生素K依赖凝血蛋白羧化不足。

2.骨健康下降:与骨代谢相关的维生素K依赖蛋白成熟不足,可能增加骨质疏松/骨重建失衡风险。

3.血管异常钙化倾向:影响连接组织钙化调控相关维生素K依赖蛋白。

4.炎症/慢病相关风险可能上升:维生素K2的抗炎/细胞保护方向减弱。

5.菌群生态可能进一步失衡:维生素K2—菌群互作可能形成双向反馈。

维生素K2不只参与凝血相关过程,还与骨代谢与矿化平衡血管/组织钙化调控,以及炎症与慢性低度炎症代谢稳态等生理活动存在联系。因此,当机体进入维生素K2缺乏状态时,相关代谢与调控环节可能失衡,进而带来潜在危害。

其风险表现包括:凝血功能受影响导致易淤青、瘀点、鼻/牙龈出血、伤口止血变慢、月经过多或异常出血等;以及骨代谢异常(骨密度下降、矿化不足、骨折风险增加)和血管钙化倾向(动脉壁钙化、血管弹性下降)等长期后果。

同时,维生素K2炎症调节肠道菌群互作的关联提示其缺乏可能影响炎症微环境与炎症相关慢病风险;但从“血清维生素K2变化”到“临床终点”的因果链并非在所有情境下都能直接成立。

总体来看,维生素K2缺乏的潜在影响具有多维度特征,后续可进一步结合肠道菌群维生素K2的相互作用展开说明。

拓展:维生素K过高是否会有危害?

目前几乎没有动物或人类发生自然维生素K系统性毒性的报道。

尽管有人担心过多维生素K可能导致过度凝血,但尚未观察到这一现象,可能与γ羧化位点有限有关。相反,极高剂量维生素K可能引发低凝血酶原血症,人类病例中已有罕见记录。

★ 通常情况下不会造成危害

已有的人类数据表明,每日服用10 mg维生素K、连续1个月未见不良反应,与动物实验结果一致:在同等时间范围内,即使剂量达到2 g/kg也被认为是安全的

一般来说,维生素K的副作用仅限于局部,例如过量服用维生素K2后出现轻微的胃肠道不适和皮疹,在停止服用后消失

导致维生素K2缺乏的原因有哪些?

导致维生素K2缺乏,往往不是单一原因“突然缺了”,而更像是多条环节逐渐失去配合——从你吃进身体的食物,到它能不能被吸收、被运输、被利用,再到肠道菌群是否还在“按时供货”。当这些环节出现偏差,维生素K状态(尤其是与K2相关的功能供给)就可能跟不上身体需求

此外,维生素K2并不是“一个数值搞定”。不同K2同系物在结构、生物利用度、体内分布与持续作用上存在差异;同样的摄入量,在不同人群中也可能转化为不同的功能性供给结果。再叠加个体差异(例如慢性炎症/代谢状态、可能影响维生素K相关通路的因素),就更容易出现“表面摄入并不极低,但功能层面仍接近不足”的情况。

1
摄入不足

↘ 饮食中维生素K2少、长期摄入不规律

人体自身不能在体内合成维生素K:脊椎动物依赖饮食供给;如果缺少规律摄入,体内储备会迅速被耗尽,这会构成维生素K缺乏的根本前提。

VK2主要来自特定食物谱:VK2主要来自发酵食品、部分奶酪及动物性来源;若饮食结构长期偏向“低发酵食品/低动物性、摄入以不含或少含VK2的食物为主”,更容易出现VK2摄入不足。

↘ 仅补“VK1”但不补“VK2”

部分研究/综述强调维生素K1维生素K2来源、吸收、靶向活性存在差异;因此当饮食或补充只提供维生素K1而缺乏维生素K2等同系物时,不能自动等量“覆盖维生素K2的生物学需求”。

2
吸收障碍

维生素K属于脂溶性营养素,其被吸收与利用通常与消化吸收条件高度相关;若脂肪消化吸收受限,会削弱脂溶性维生素K(包含K2异构体)的吸收效率。

↘ 胆汁/脂肪吸收相关问题会降低K吸收与利用

维生素K2属于脂溶性维生素,其获得与利用往往高度依赖机体对脂溶性营养素的吸收条件;与此同时,不同形式的VK在吸收表现与体内运输机制上存在差异,而这些机制又要求机体能够完成有效吸收。因而,当这一有效吸收的过程出现不足或受损时,就会在总体层面上导致吸收环节出现障碍

↘ 肠道转运与吸收相关蛋白/过程受影响

有文献中讨论维生素K在肠道吸收与代谢中的机制研究(如肠道受体/转运相关通路作为维生素K吸收调控因素),提示任何影响肠道吸收效率的因素,都可能把机体推向“维生素K状态下降”,从而造成VK2功能性缺乏

3
肠道菌群失衡

↘ 肠道菌群失衡,内源性维生素K2供给下降

维生素K2可由肠道细菌生成,因此,当肠道菌群组成或功能受损时,内源性VK2供给可能下降。并且当炎症或代谢失衡导致菌群进一步失稳,也可能形成维生素K2生成/利用的不利循环。

↘ 化学用品和抗生素的过量使用

随着农业生产现代化推进,农药、化肥残留在农产品中的比例上升,且食品加工中防腐剂与人工添加剂的使用增加,可能导致肠道菌群失调,从而不利于VK2的微生物合成

此外,抗生素可通过抑制或破坏产VK2细菌降低VK2生成头孢菌素类(如头孢糖素类)的影响尤为明显。质子泵抑制剂也可能影响VK2水平,其作用机制可能与对肠道菌群的影响相关。

4
药物使用

维生素K可与部分药物发生相互作用,从而影响体内维生素K2的浓度及其生物学效应

↘ 华法林是一种维生素K拮抗剂

华法林属于香豆素类抗凝剂与维生素K拮抗剂,通过阻断肝脏及外周循环中的维生素K利用,导致继发性维生素K缺乏,进而可能对血管、骨骼、肾脏、大脑及其他系统(如炎症、免疫功能与肿瘤相关过程)产生不利影响。

VK2也可能与其他香豆素类抗凝剂(如酚丙香豆素、乙酰藻黄醇和硫氯马罗尔)发生严重相互作用。

↘ 降胆固醇和降脂药也会影响维生素K吸收

在胆固醇降药物方面,如考来替泊可通过阻断胆酸再吸收来降低胆固醇,但也会同时减少胆固醇及其他脂溶性维生素的吸收奥利司他降低肠道对膳食脂肪的吸收,因此可能削弱VK的吸收

他汀类是常用的降脂药物,主要通过降低胆固醇以减少动脉粥样硬化风险,此外,他汀类药物还可能抑制VK2的合成。VK2是基质Gla蛋白(MGP)激活所需的辅因子,而MGP可帮助保护动脉免受钙化。有观点推测,由于他汀类在临床使用广泛,可能在心力衰竭与动脉粥样硬化的高发率上产生看似相互矛盾的加剧效应

↘ 降磷药物治疗会影响维生素K的利用

在慢性肾病患者中,高磷血症较常见,因此需要使用降磷药物。研究发现,磷酸结合剂可能降低VK2的生物利用度

体外研究显示,醋酸钙/碳酸镁、碳酸镧、碳酸钙及塞维拉麦碳酸盐均可能与VK2结合,影响其吸收,并可能削弱VK2抑制血管钙化的效果

在一项纳入多位使用磷酸结合剂的慢性肾病患者研究中,使用塞夫拉默者的去磷化-非羧化MGP水平更高,提示维生素K水平可能降低。不过,这些相互作用的临床意义仍存在争议。

5
生理与遗传因素

↘ 体内转运与生物利用度差异

维生素K异构体的“运输路径、半衰期、组织分布、生物利用度”不同,这意味着即使总维生素K摄入看似存在,但维生素K2在体内到达靶组织并完成相关羧化修饰的效率也可能较低

并且维生素K2包含不同链长同系物(如MK-4、MK-7等),其作用持续时间体内行为不同。若某个群体摄入的维生素K2同系物谱不足(例如以某类同系物为主而另一类缺乏),可能出现对特定通路的激活不足,表现为功能性维生素K不足状态(即“缺乏的不是总量,而是对靶点的供能不足”)。

↘ 年龄、疾病会影响人体对维生素K的吸收

某些疾病状态会让机体更容易出现维生素K状态下降,如肝胆疾病患者以及代谢疾病老年患者的吸收能力下降可能导致维生素K2缺乏

人体胃肠道的吸收能力随着年龄增长逐渐下降,这可能导致中老年人出现维生素K2缺乏症,因此有必要补充膳食。此外,新生儿也存在维生素K缺乏的风险,因为自身维生素K储备不足,母乳中的维生素K水平较低未成熟的胃肠道微生物群很可能不是维生素的来源。

注:有研究发现纯母乳喂养的婴儿比配方奶喂养的婴儿更容易患维生素K维生素低水平

总结:维生素K2缺乏的“病因框架”

1.摄入不足:人体不合成 + 储存被耗尽;维生素K2主要来自发酵/特定动物性食物。

2.吸收障碍:维生素K2为脂溶性,消化吸收条件改变会降低吸收与利用。

3.肠道菌群失衡:菌群生成维生素K2与互作关系,菌群功能下降→供给不足。

4.药物使用:部分药物是维生素K2的拮抗剂,影响其吸收利用。

5.体内利用/转运差异:维生素K1与维生素K2生物利用度、运输与靶向激活不同,可能出现“功能性缺乏”。

6.疾病/代谢需求改变:衰老与慢性疾病背景使维持足够状态更困难。

肠道菌群与维生素K2之间存在怎样的相互作用?

肠道微生物并不单是人体肠道的“居住者”,它们更像一个持续运转的代谢工厂:一方面,菌群能够合成并补给宿主所需的维生素家族(主要为大多数水溶性B族维生素及维生素K2);另一方面,这些微生物衍生分子又会进一步塑造肠道局部环境,影响免疫稳态与炎症生态位

维生素K2正是这作用网络中的关键一环——它由特定肠道菌群产生,当宿主免疫状态、生命阶段饮食结构改变时,这个供给又会被重塑。

本章将系统阐释维生素K2肠道微生物群之间有哪些具体相互作用,以及这些作用如何为理解肠道稳态疾病风险提供新的机制视角。

▸ 肠道菌群对维生素K2的“供给功能”

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为了更好地理解肠道里维生素K2怎么被细菌“造出来的”?我们先把生物合成这条“生产线”讲清楚。维生素K2的合成并不只依赖一种原料,许多碳源都可以进入细菌的代谢系统并最终被用来制造维生素K2

↘ 维生素K2的生物合成过程

从结构上看,维生素K2的分子主要由两部分组成:

  • 萘醌环:相当于“骨架”;
  • 异戊二烯侧链:相当于“尾巴”,尾巴有多种长度,因此会形成不同的VK2同系物(例如常见的MK-7等)。

细菌生成VK2的过程可以概括为:先把甘油/糖类等底物加工出异戊二烯前体(用于做侧链)和DHNA骨架(用于做环),再通过特定的通路把侧链拼到骨架上,最后甲基化完成甲萘醌形成。

维生素K2的生物合成代谢途径

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doi: 10.1016/j.biotechadv.2019.

↘ 能够合成维生素K2的肠道细菌

宏基因组和大规模人群研究表明,肠道菌群在结肠等部位对维生素稳态具有功能性供给作用。多数产维生素的微生物群通常只能合成单一类B或K2维生素,能够产生五种或更多维生素的细菌仅占2.7%。研究通过菌株筛查来评估内源性VK2的合成能力,并提出明确的候选菌有以下几种:

•Lactobacillus(乳杆菌属)

Bifidobacterium(双歧杆菌属)

Bacillus(芽孢杆菌属)

并且不同菌群可能负责不同MK形式(MK-4、MK-7、MK-9等),下面这些细菌也被发现能够产生维生素K2

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维生素合成途径的关键微生物贡献者

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doi: 10.1128/msystems.00929-24.

▸ 菌群组成与菌源VK2水平的相关性

↘ 粪便中菌源维生素K2与肠道菌群组成相关

有研究测量粪便与血清中的维生素K2:发现粪便中菌源维生素K2呈现个体差异,且其水平与肠道微生态组成(如与特定菌群相关)有关;但在该研究中维生素K2未在血清中检出。

↘ 一些菌属可能与维生素K2水平共同波动

在健康成人研究中,识别了与维生素K2水平相关的菌群,提示Bacteroides、Prevotella等与维生素K2水平存在共同波动的现象,即当这些菌群相关指标发生变化时,维生素K2水平也会表现出相应的变化,从而反映出维生素K2特定肠道菌群组成之间可能存在紧密耦合关系。

▸ 维生素K2在肠道的功能效应

↘ 可进入并作用于肠道相关细胞

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结直肠癌研究显示,维生素K2(特别是长链同系物)能够进入肠上皮细胞(如Caco-2)并表现非毒性效果,提示其并非只能停留在肠腔中作为“旁观代谢物”,而可能在局部细胞界面发生作用。

↘ 长链同系物更可能与抑制促炎因子相关

研究强调:维生素K2-MK7与维生素K2-MK9可降低促炎细胞因子(如IL-8、IL-6、TNFα),从机制层面提示“菌群产出的哪类同系物”会影响“局部炎症生态位”。这把“菌群—代谢产物—炎症表型”连接起来。

维生素K2同源物对肠上皮细胞促炎IL-8浓度的影响

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doi: 10.1186/s12935-023-03114-2.

炎症因子下降意味着肿瘤微环境的“驱动因子”被削弱:IL-8、IL-6与TNFα等促炎因子通常与肿瘤炎症微环境免疫抑制/募集上皮细胞应激等相关。维生素K2同系物能降低这些因子分泌,提示其可能改变CRC的炎症生态位,使得肿瘤发生发展的条件不那么“有利”

▸ 在免疫稳态中的双向调控

↘ 微生物来源维生素可作为免疫稳态的协同因子

人类主要从饮食获得维生素,但肠道微生物是重要补给来源;并且肠道菌群与免疫系统互作会改变维生素生物合成,进而影响免疫反应与肿瘤免疫治疗效果。

↘ 供给不足在免疫层面可能放大风险

维生素在多种细胞过程中的重要性使得即便是轻微缺乏也可能造成健康问题。如果菌群失衡导致维生素K2供给减少或同系物谱改变,则可能通过免疫炎症通路影响肠道稳态肿瘤微环境

▸ 影响菌群产生维生素K2的因素

↘ 超过80岁老人与婴儿产生维生素K2能力较弱

对维生素相关基因丰度的分析显示,与宿主年龄密切相关的差异清晰可辨。具体而言,成人与80岁及以上健康老年人之间,在微生物维生素生物合成途径上存在最显著的差别

80岁以下老年人的肠道微生物群维生素合成能力仍与年轻成人相对相近。相较之下,当年龄超过80岁时,九种维生素中有七种的生物合成能力显著下降,提示持续且渐进的功能衰退

不同生命周期微生物群来源的维生素合成基因

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doi: 10.1128/msystems.00929-24.

与健康成人相比,婴儿在九条微生物维生素生物合成途径中有六条的相关指标减少21%至49%。这一结果提示,出生后前三年微生物群的功能尚未完全成熟。

↘ 不同地域人群合成维生素K2能力不同,可能与饮食差异有关

此外,地理来源显著影响维生素生物合成通路的多样性/丰度,其中包括K相关合成潜力,从而意味着维生素K2“可由微生物提供”的程度会在不同人群中变化。

主要维生素生产细菌丰度因地理来源而异

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doi: 10.1128/msystems.00929-24.

这可能与饮食差异有关,如全谷物精制谷物饮食使粪便维生素K2水平出现差异,这提示饮食通过重塑底物/发酵环境,从而改写菌群组成,并最终影响维生素K2的输出。

不同地理区域的维生素生物合成潜力

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doi: 10.1128/msystems.00929-24.

编者小结

肠道菌群维生素K2之间的关系,像是一条在肠道里持续运转的协作链:菌群会提供维生素K2所需的合成能力与底物环境,而维生素K2不同的同系物(如长链形式)又可能反过来影响肠道局部细胞状态与炎症水平

在“供给”层面,能合成维生素K2的细菌并不只依赖单一原料;它们通过各自的代谢通路把底物加工成维生素K2的关键结构,再一步步完成拼接与修饰。研究提示,粪便中的菌源维生素K2水平会因人而异,并且可能与某些菌群的变化同步,说明菌群组成维生素K2输出之间存在紧密关联。

在“效应”层面,维生素K2可以进入肠上皮相关细胞,并显示出调节作用。尤其是一些长链同系物更倾向于与促炎因子下降相关,这意味着它可能帮助“调低”肠道炎症生态位,从而为肠道稳态结直肠癌等相关疾病微环境带来更好发展的方向。

从整体人群看,这套供给能力还会随年龄生活方式而变化:例如80岁以上人群婴儿合成能力往往更弱;而不同饮食结构也会影响粪便维生素K2水平。总的来说,维生素K2像是菌群与肠道健康之间的一座“桥梁”,它的产量与类型会随菌群和环境而改变,进而影响炎症、免疫稳态以及相关疾病风险

如何了解自身维生素K2水平及更好地改善?

如何测量自身维生素K(K2)?

准确评估维生素K缺乏并不容易;即使借助最先进的检测手段,在人体生物样本中也很难准确确定其含量。维生素K可在血浆中测量,但由于其存在多种形式,且异常的脂质成分可能干扰结果,因此检测精度仍受限制。目前主要采用以下几种方法:

注:除非摄入量高,否则维生素K2在血液中通常非常低或难以检测,因此血液中的缺失并不总是意味着严重缺乏

⑴ 直接测量—主要是色谱、质谱

色谱方法已成为直接测量维生素K的主流路线:先用液相色谱把不同K同系物分离,再用特定检测器(如荧光或质谱)定量。

在多种维生素K检测中,MS(质谱)成为首选的原因是它能更专一地区分多种同系物/同分异构体。不过局限仍存在:复杂样本前处理会影响回收率与结果一致性。

⑵ 不直接测K本身—功能性生物标志物

如果维生素K缺乏,会导致维生素K依赖的γ-羧化反应不足,于是相关蛋白以未羧化形式释放或检测到。

①未羧化的维生素K依赖蛋白

机制:维生素K缺乏 → Gla蛋白无法正常羧化 → 以未羧化形式释放。因此未羧化蛋白可作为替代定量靶点。

局限性:

-并非所有未羧化蛋白都会被分泌;

-表达升高可能压倒羧化系统;

-并非只有凝血相关Gla蛋白在健康人群都能100%羧化;

-时间因素/半衰期差异:不同凝血因子的半衰期不同,导致某些指标对轻度缺乏的敏感性与“出现时间窗口”不同。

②去羧前凝血酶—早期标志物,但敏感性较低

去羧前凝血酶(PIVKA II)是较早被用于维生素K状态评估的标志物,但敏感性较低。

③未羧化骨钙素—骨维生素K状态标志物

另一种评估骨相关维生素K状态的标志物是未羧化骨钙素。

局限性:

-总骨钙素含量不同个体差异大,所以“未羧化比例”可能更合适;

而且雌激素水平可能影响相关解读。

④未羧化-未磷酸化MGP—与血管/软组织钙化风险相关

MGP(矩阵Gla蛋白)与组织钙化调控相关,因此它更偏向“组织层面K效应”,但仍需结合检验方法与生理背景。

⑤尿液Gla残基(Gla残留浓度)— 维生素K膳食耗竭的敏感标志之一

对维生素K1膳食耗竭,尿液中Gla残留浓度是较敏感的标志物。对维生素K2缺乏的数据不足,尚未确定可靠的“界限值”。

通常需要24小时尿液采集(对依从性影响大)。

根据谷禾检测报告判断你的维生素K

谷禾肠道菌群检测通过分析你的肠道菌群组成相关特征,可以在一定程度上提供关于你维生素K2状况的线索。

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⑴ 维生素K2相关功能的线索

谷禾报告通常会给出菌群组成/优势菌属,有时也会做功能预测(或与健康维度的关联解释)。你要做的是:

找到报告里与“维生素相关合成/代谢”、或与维生素K(K2)、或与脂溶性维生素代谢/发酵相关的描述。

⑵ 可能影响维生素K2吸收的环境

维生素K2脂溶性,吸收强依赖脂质运输与胆汁环境。所以你的菌群报告里如果能看到:

胆汁酸相关、脂质代谢相关的风险信号(如某些与胆汁代谢不良有关的表现);

•导致吸收不佳的肠道状态(如消化吸收弱、炎症信号提示等)。

这部分能帮助解释:即便菌群“潜在供给”不错,你血/组织维生素K2也可能并不高

⑶ 炎症/生态失衡解释“利用率”与长期效果

前面读到的维生素K2描述强调其可能涉及炎症相关过程。若谷禾报告提示菌群失衡或炎症倾向

需要把策略从“只补维生素K2”转向“稳菌群生态 + 配合K2供给”,更符合系统性调节思路。

如何有效提高维生素K2水平?

由于维生素K2水平通常不会过高,所以我们这里只介绍在水平偏低时如何提升。具体可以从三个方向来入手,也就是围绕“补给 + 饮食 + 菌群生态位”这三方面展开:

首先在补给层面考虑提供与维生素K2相关的直接补充剂;其次在饮食层面,通过饮食结构与可发酵成分等因素提供合适的食物和发酵基础;最后在菌群生态位层面,合菌群状态去理解并调整肠道内更利于相关功能发挥的生态环境。

维生素K的每日推荐摄入量因年龄、性别和生理态而异。‌一般而言,成年男性每日需约120微克(0.12毫克),女性为90微克(0.09毫克)‌,孕妇或哺乳期女性需75-90微克。婴幼儿及青少年需求量随年龄递增,从2微克到75微克不等。而饮食中的维生素K2摄入量平均约占维生素K总摄入量的25%

⑴ 直接补充维生素K补充剂

常见策略是选:

•MK-7(长链,常用,半衰期通常更长);

•或在特定场景选MK-4。

具体选哪种同系物,最好与你的目标(骨/血管/炎症倾向)和复测结果对齐。

用法策略(安全与可评估):

先小幅、持续:连续用8–12周是比较常见的“观察窗口”;

复测同样指标:看浓度/同系物谱是否上升,以及你关心的功能读出是否改善。

药物干扰(非常关键):

若你在用华法林或其他维生素K拮抗药:

不要自行开始/加量补K2;

必须由医生调整剂量,并加强INR监测;

这点直接关系安全性。

⑵ 饮食补充外源性维生素K2

饮食层面要抓两个点:

1.维生素K2的直接来源

2.脂肪同食与吸收环境(因为K2脂溶性)

不同食物中维生素K1和维生素K2的含量

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Zhang T,et al.Foods.2024

富含维生素K2的食物主要有以下几类:

①发酵食品(主要来源):

纳豆(由芽孢杆菌发酵大豆制成):含最高K2含量,尤其富含 MK-7(K1:321 ng/g;K2:10985 ng/g)。

酸菜:维生素K2的重要来源之一。

②发酵乳制品

奶酪:尤其陈年/发酵更久的类型。

酸奶:不同品牌/工艺差异很大,但可作为常规摄入。

③部分肉类和动物内脏

肉类中维生素K2在以下样本有较高含量(以微克/100克计):

鸡肉:10.1

牛肝:11.2

肉末:7.6

牛肉:1.9

猪肝:1.8

④部分鱼类

鳗鱼:63.1 微克/100克(最高);

比目鱼:5.3 微克/100克;

鲭鱼:0.6 微克/100克;

鲑鱼:0.6 微克/100克。

⑶ 调整饮食—改变菌群代谢环境和底物

饮食结构会通过改变肠道菌群在代谢过程中可获得的底物类型与供给方式,进而影响菌群代谢这些底物的效率与方向;在这样的变化之下,菌群产生维生素K2的过程也会随之受到影响。

建议的可执行食物结构:

主食优先全谷物:燕麦、糙米/胚芽米、全麦面包、藜麦等;

每天加入可发酵纤维:豆类(鹰嘴豆、扁豆、红豆等)、多种蔬菜(尤其叶菜之外),并适量藻类/菇类(按耐受选择)。

时间与频率:

建议至少持续8–12周再评估指标:菌群结构与代谢输出的改变通常不会在“几天内”立刻显现。

⑷ 菌群策略:补充益生菌

益生元(纤维)更像是“喂环境”,通常更稳妥。

也可以考虑直接补充枯草芽孢杆菌‌Bacillus subtilis)、乳酸菌Lactococcus lactis,Leuconostoc lactisLeuconostoc mesenteroides)等能够代谢产生维生素K2的细菌。不过益生菌是否能提升K2同系物输出,取决于你的菌群背景与生态位是否匹配。

因此最好的做法仍然是:干预后复测K2或菌群结构,而不是只凭感觉。

结语

维生素K2不仅参与传统的凝血过程,还与骨健康心血管代谢免疫炎症以及血糖控制等多方面息息相关。更关键的是,维生素K2在体内的“作用落点”,并非孤立存在——它离不开肠道菌群的持续参与与共同调控:一方面,肠道菌群能够合成并在一定程度上为宿主提供维生素K2相关物质;另一方面,菌群及其代谢产物会进一步塑造肠道局部环境,影响炎症水平与免疫稳态,从而左右炎症生态位与整体健康水平。

因此,在关注维生素K2时,更应该把视线延伸到肠道微生态与菌群结构。与其只纠结“要不要补维生素K2”,不如思考“为什么同样的补充效果在不同人身上可能不一样”。当菌群生态失衡、肠道环境不利时,维生素K2的摄入与利用可能难以充分发挥;而当饮食与生活方式为菌群提供合适的生存条件时,相关功能更可能在体内被更有效地启动。

维生素K2很重要,但菌群生态的健康状态同样决定了它在体内能否被更好地“用起来”。因此,除了饮食习惯以外,还要从更系统的生活方式入手——例如规律作息、适度运动、压力管理、减少过量饮酒不必要的抗生素使用、保证充足睡眠等,帮助维持更有利的肠道环境与免疫稳态。或许正是这些协同作用,更能帮助降低疾病风险提升整体健康水平

注:本账号内容仅供学习和交流,不构成任何形式的医疗建议。

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土壤微生物多样性:抵御病原体的“天然屏障”

谷禾健康

土壤作为地球上生物多样性最丰富的栖息地之一,不仅是植物生长的基础,也是众多微生物的”家园”

然而,这片看似平静的地下世界,却隐藏着威胁人类健康的”隐形杀手”——人类细菌病原体。如单核细胞增生李斯特菌、铜绿假单胞菌炭疽杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、结核分枝杆菌复合体鼠疫杆菌等危险病原体,都可能在土壤中找到生存的港湾。

据统计,2019年全球约有770万例死亡人类细菌病原体有关,这些数字背后,土壤作为病原体的自然来源和传播媒介,扮演着不容忽视的角色。

人类病原体通过多种途径进入土壤:动物和人类排泄物的渗透、农业实践中的灌溉和粪便应用、空气传播的病原体和孢子沉积等。一旦进入土壤,这些病原体可能成为常驻微生物组的一部分,并通过生食摄入、直接接触、吸入或昆虫及野生动物传播等多种途径感染人类

本文基于最近一篇发表在《Cell Host & Microbe》上题为“Soil microbial diversity associates with lower prevalence of human bacterial pathogens across global soils”的研究,发现土壤微生物多样性病原体流行率在全球呈负相关,并揭示病原体丰度致病力及全球死亡率模式显著相关。在全球变化情景下,多数优势病原体比例可能上升。研究还绘制了全球土壤主要人类病原体分布图,阐明其生物地理与生态特征,为制定监测与风险管理策略、降低疫情暴发风险提供依据。

这意味着,在肠道菌群检测中发现的某些异常或致病菌并不一定源于短期感染,而很可能是长期环境暴露累积的结果。因此,病原菌的控制不能仅依赖益生菌调节或抗生素干预,更重要的是减少其从环境进入人体的路径。

如果肠道检测报告中出现如沙门氏菌、致病性大肠杆菌、类鼻疽杆菌克雷伯氏菌等,应重点考虑其环境来源。土壤是这些病原体的重要储存库,日常园艺、农作活动儿童玩土等行为,都可能在无意识中增加暴露风险。特别是在潮湿或热带地区,这类病原体更易长期存活并富集

农产品则是连接土壤与人体的重要媒介。叶菜类直接接触土壤,根茎类附着土壤较多,而水果也可能因灌溉水或土壤飞溅受到污染。如果种植过程中使用未经充分处理的粪肥,或灌溉水源受到污染,再加上洪水或暴雨等极端气候事件导致土壤扰动,都会显著增加农产品携带病原体的风险。此外,动物粪便通过土壤进入食物链,或宠物将病原体带入家庭环境,也构成重要的传播路径。

值得特别注意的是,病原体具有明显的地区性季节性特征。不同地区的土壤病原谱差异显著,例如热带地区更易出现类鼻疽杆菌等环境致病菌,而干旱地区则更利于孢子类病原体的长期存在。同样,季节变化也会影响病原体丰度,雨季和洪水之后往往出现显著上升,高温条件促进细菌繁殖,这些都直接影响人群暴露风险。

土壤—人类病原体的”隐形仓库”

▸ 土壤中的人类细菌病原体

一项覆盖59个国家1602个土壤宏基因组的全球研究,为我们揭示了土壤中人类细菌病原体分布模式

研究中样本地点的全球分布

Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

研究人员共鉴定出80个被归类为潜在土壤栖息人类病原体的细菌分类群,包括类鼻疽假单胞菌Burkholderia pseudomallei)、结核分歧杆菌复合群(mycobacterium tuberculosis complex)、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa)、肠沙门氏菌Salmonella enterica)、克雷伯氏菌Klebsiella spp.)和志贺氏菌Shigella spp.)等。

• 优势病原体主导模式

在这80种病原体中,25种被确定为优势病原体—它们不仅广泛存在(出现在≥80%的样本中),而且在病原体群落中表现出较高的相对丰度

令人惊讶的是,这25种优势病原体仅占所有病原分类群的31.3%,却贡献了总病原体序列的90.8%。这种”少数主导”的模式与土壤中优势细菌和真菌的分布规律一致,反映了微生物群落结构的普遍特征。这些优势致病类群属于23种病原体,分布在19个属中,如伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、分支杆菌属(Mycobacterium)、诺卡氏菌属(Nocardia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、沙门氏菌属(Salmonella)和克雷伯氏菌属(Klebsiella)等。

▸ 高致病性优势病原体的健康威胁

在这23种显性病原体中,有11种被列为每年导致770万人死亡的33种人类细菌病原体之首,包括铜绿假单胞菌肺炎克雷伯菌肠道沙门氏菌大肠杆菌鲍曼不动杆菌、军团菌属、沙雷氏菌属气单胞菌属等。

• 结核分枝杆菌每年导致大量感染且可在土壤中存活

其中,结核分枝杆菌尤为引人注目,其每年可导致约1060万人感染160万人死亡。研究发现其成员能够感染各种家养和野生哺乳动物,并能在土壤中以毒力形式存活和增殖,使用变形虫和野生动物等替代宿主维持生存。

• 麻风分枝杆菌、淋病奈瑟菌也能在土壤中存在

值得注意的是,一些传统上不被认为是土壤传播的病原体(如结核分枝杆菌麻风分枝杆菌淋病奈瑟菌)也在土壤中被检测到。虽然它们从土壤到人类的传播途径尚不清楚,但最新研究发现蚊子可能是溃疡分枝杆菌(M. ulcerans)的新传播途径,这提示我们许多病原体的传播机制仍有待探索。

这些发现强调了重新关注病原体土壤中的存活机制及其向人类传播途径的重要性,这对于有效监测和风险管理至关重要。

多雨生态系统:病原体滋生的”温床”

▸ 病原体的全球分布

通过对21个陆地生物群落的分析,研究发现了人类病原体在不同气候植被类型下的分布模式。数据显示,主要人类病原体的相对丰度在热带和寒冷农田、温带湿地、温带农田以及热带和温带森林中最高。

进一步分析发现,农田、湿地和森林生态系统,特别是在热带和温带地区,表现出最高的优势病原体相对丰度。而在热带和干旱农田中,人类病原体的多样性最为丰富。

• 热带地区病原体多样性和患病率最高

分布模式与基于流行病学数据的临床研究结果一致——热带地区人类病原体的多样性和患病率最高。例如,东南亚(热带地区)报告了大多数结核病(由结核分枝杆菌引起)和麻风病(由麻风分枝杆菌引起)病例。

为探究环境因素对优势人类病原体全球分布的影响,研究人员通过随机森林和相关性分析发现:年均降水量(MAP)、年均温度(MAT)、降水季节性(PSEA)及土壤pH是最关键因素;此外,海拔、土壤质地、有机碳、土壤生物多样性(含微生物物种与功能基因多样性)及人口密度也具有重要作用。

全球土壤中主要人类细菌病原体的环境驱动因素

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Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

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降雨与土壤病原体丰度正相关

• 降雨能够增加病原体在土壤中的分布

研究结果显示,降雨与23种主要病原体中的19种(约82.6%)相对丰度显著正相关。类鼻疽杆菌(B.pseudomallei)在潮湿土壤中生长最好,类鼻疽病例的增加与异常强降雨事件有关。

降雨增加可以提高土壤孔隙水含量促进病原体的运动,增强其活性和流行性,从而促进其在土壤中的分布。

• 植物覆盖率和生产力也影响病原体丰度

植物覆盖率生产力与病原体丰度同样呈正相关,这可能反映了植物驱动的土壤有机输入水分稳定性增加,为某些病原体分类群的持久性提供了有利条件。

相比之下,降水季节性(23种病原体中的19种)、海拔(16种)和土壤pH值(14种)与这些分类群呈负相关

全球不同生态系统中主要人类病原体的分布模式

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Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

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土壤pH值与病原体呈负相关

土壤pH值与最主要的病原体呈负相关,表明酸性土壤往往含有更高的病原体丰度

• 酸性土壤会破坏原有微生物结构,增加病原体增殖

这与最近的研究证据一致——土壤酸化改变微生物群落结构破坏关键的微生物功能,从而削弱微生物组限制病原体增殖的能力

分析还揭示了降雨土壤pH值之间存在显著的关系,这意味着气候变化下一些地区的降水增加可能会通过提供最佳水分条件和进一步酸化土壤促进病原体的丰度。同样,不可持续的农业实践(如过度施肥)会加速土壤酸化,创造有利于人类病原体扩散的条件。

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温度升高:病原体扩散的”催化剂”

温度与最主要的人类病原体(包括洋葱伯克霍尔德菌群(Burkholderia cepaciaComplex)、结核分枝杆菌复合体和炭疽杆菌)的相对丰度呈正相关,这表明全球变暖可能会进一步增加全球土壤中人类病原体的流行率

这一发现说明气候变化可能会加剧人类致病性疾病,并表明在未来的气候情景下,降雨量和温度增加的地区可能成为人类细菌病原体的”热点”,进一步增加暴露、感染和死亡的风险。

除主要病原体外,研究还确定了其他8种病原体的环境驱动因素,包括柠檬酸杆菌属志贺氏菌属嗜肺军团菌屎肠球菌蜡样芽孢杆菌问号钩端螺旋体等。这些病原体在降雨温度土壤特性方面与主要病原体具有相似的生态偏好。这些关于病原体当前分布和环境偏好的研究结果可以作为监测未来流行和爆发的基线数据,例如在筛查伯克霍尔德菌潜在爆发时,应优先考虑高降雨地区。

土壤生物多样性:
抵御病原体的”天然屏障”

土壤微生物组多样性病原体流行的关系是本研究的核心发现。研究基于宏基因组数据评估微生物物种多样性功能多样性,并通过相关性与结构方程模型(SEM)分析其与人类病原体的关联;同时结合扩增子测序确定细菌和真菌多样性,并在全球200个土壤样本中加以验证。

▸ 微生物多样性与病原体丰度负相关

相关性分析显示,微生物物种多样性功能多样性与大多数显性病原体的相对丰度呈显著负相关,包括类鼻疽杆菌结核分枝杆菌复合物炭疽杆菌大肠杆菌肠道沙门氏菌等。

• 土壤中细菌和真菌的多样性有助于减少病原体

在23种主要病原体中,15种和14种病原体分别与微生物种类功能多样性呈显著负相关。研究还发现,与农业土壤相比,天然土壤中土壤微生物组多样性与主要人类病原体的相对丰度之间存在更强负相关关系。

土壤微生物多样性决定主要人类病原体的全球分布

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Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

SEM分析进一步表明,土壤微生物多样性优势人类病原体的相对丰度呈显著负相关。全球200个土壤样本亦证实:细菌和真菌多样性及细菌丰度均与主要病原体显著负相关。该结果拓展了以往土壤微观实验结论,表明提高微生物多样性可能抑制植物和人类病原体(如大肠杆菌O157:H7和肠道沙门菌)的增殖。

小编解释

较高的微生物多样性通过增加竞争者耐压型和遗传策略类群,加剧竞争扩大生态位占用并提升功能冗余,从而抑制病原体建立;这突显了保护土壤生物多样性对土壤、环境和人类健康的重要性。

疾病毒力与基因组验证:
病原体的致病潜力

为验证已鉴定的病原体疾病毒力之间的关联,评估这些生物体的致病潜力,研究分析了病原体相对丰度致病特征之间的关系。

• 土壤主要病原体丰度至少关联一种人类疾病特征

结果显示,23种主要病原体中有18种(包括类鼻疽杆菌、结核分枝杆菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌大肠杆菌)以及一些其他重要病原体(如柠檬酸杆菌、嗜肺军团菌伯氏考克斯氏体蜡样芽孢杆菌)等,其相对丰度均与至少一种与人类疾病密切相关的关键致病特征显著正相关

这些致病特征包括所有细菌病原体的毒力基因,根据其致病性分为不同的功能组,如毒素合酶、细胞毒性毒力活性等。

人类细菌病原体与致病特征的关系

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Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

▸ 毒力因子与抗生素耐药基因

研究使用三个单独的数据库(PHI、VFDB和KEGG)进一步鉴定了与这些病原体相关的毒力因子,并使用DeepARG鉴定了抗生素耐药基因(ARG)。

• 土壤病原体相对丰度影响毒力因子与耐药性

分析表明,在全球范围内,显性病原体(类鼻疽杆菌、结核分枝杆菌、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌)的相对丰度与其相关毒力因子抗生素耐药性之间存在很强的正相关关系

这些发现进一步支持了识别人类病原体方法的稳健性,并证实了土壤中检测到的病原体可能会导致严重的疾病和死亡

宏基因组揭示潜在病原体及其致病特征

为从全基因组层面验证宏基因组分箱识别显性病原体的可靠性,研究筛选出7个高质量(完整性≥90%、污染≤5%)MAG作为潜在病原体,其全球分布与定制数据库结果一致,且相对丰度毒素合成毒力活性等关键致病特征呈正相关

• 宏基因组方法有助于识别土壤病原体

其中两个高质量MAG(T073.8和SRR8879131.4)与分枝杆菌的平均核苷酸同一性(ANI)达83%–84%,被认定为潜在重要病原体,并与温度降雨量呈正相关。

这两者均携带与结核分枝杆菌复合群相关的五类致病特征(毒素合成、细胞毒性、毒力活性、器官损伤和宿主细胞死亡)、抗生素耐药基因(efpA,多重耐药)及外毒素基因(如磷脂酶C、VFC0235)。

结果表明,宏基因组学流程可用于从环境样本中识别潜在新兴病原体

土壤病原体与全球死亡率的潜在关联

研究进一步评估了土壤人类病原体分布全球相关死亡的关系。基于既往研究和世卫组织数据,汇总204个国家和地区的死亡率,并在国家尺度匹配到53个国家的数据。

• 土壤病原体分布与相关疾病死亡率相关

结果显示,麻风分枝杆菌(r=0.51,p=8.3×10^-5)和结核分枝杆菌复合物(r=0.47,p=0.0004)的相对丰度与病原体相关的全球死亡率(或感染病例)显著相关

此外,细菌病原体相关死亡率与致病特征亦呈显著或接近显著相关,包括毒素合酶(r=0.45,p=0.0006)和毒力活性(r=0.25,p=0.07)。这些结果表明,土壤中人类病原体的流行可能与人类健康密切相关,提示土壤或为其天然宿主。

▸ 病原体的双向传播:土壤⇌人类

土壤与人类之间的病原体传播可能是双向的。一方面,土壤作为天然宿主,病原体可能通过各种途径感染人类;另一方面,人类病原体也可能通过空气、水道或农业实践(如施肥)等生物和非生物媒介从受感染的人群沉积或传播到自然和农业系统中

• 土壤病原体多处于休眠状态,条件适宜时可经农产品等传播

传播到土壤中的病原体可能以低丰度休眠孢子的形式存在,在土壤环境中找到替代宿主以生存和增殖;一旦满足传播条件,它们可能通过农产品、野生动物、病媒城市扩张等各种传播途径重新进入人群,构成健康风险

研究结果强调,在评估和管理与人类细菌病原体相关的风险时,需要明确考虑土壤因素。如果在地方和区域范围内得到证实,监测栖息在土壤中的人类病原体的流行情况可以为追踪全球疾病负担提供信息,简化流行病学监测,并有助于识别传染病热点。

研究局限性

疾病结果受到许多因素的影响,如人口密度、国家发展水平社会经济状况区域医疗质量等,在制定公共卫生政策时也应考虑这些因素。本研究所代表的国家数量有限可能会限制观察;随着数据库的改进,临床结果的预测能力也可能提高

此外,一些病原体(如肠沙门氏菌单核细胞增生李斯特菌)通过生食感染人类的途径已经确立,但其他病原体(如结核分枝杆菌)从土壤传播给人类的途径仍然难以捉摸。

土壤中人类病原体的现状与未来全球分布图

基于环境变量(如气候和土壤因素)与人类病原体相对丰度的显著相关性,研究绘制了其在全球土壤中的当前及未来分布,模型可解释58%–88%的空间变异。

结果显示,总体显性病原体、特定病原体(如类鼻疽杆菌和结核分枝杆菌复合群)及关键致病功能(毒素合成、毒力活性和细胞毒性)在撒哈拉以南非洲、南美和东南亚等地区呈高丰度分布

▸ 预测地图的验证及其应用价值

预测的结核病综合征全球地图显示了与世界卫生组织估计的全球结核病地图可比的模式——大多数结核病病例发生在东南亚、西太平洋和非洲

• 病原菌分布与其致病人群分布相似

同样,预测的类鼻疽杆菌全球分布图与基于人类和动物感染病例的假鼻锤杆菌全球分布模式一致,类鼻疽东南亚和南亚、澳大利亚北部、太平洋和印度洋岛国、撒哈拉以南非洲以及中南美洲的许多热带地区高度流行。这些结果为研究方法的稳健性提供了额外支持。

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Xiong C,et al.Cell Host Microbe.2026

值得注意的是,在干旱地区(包括北非、西亚、澳大利亚北部和中部以及美国西部)发现了病原菌多药耐药诺卡菌的相对丰度最高。这与美国诺卡氏菌感染人数在西南部干燥温暖气候中最高的报告相吻合,表明不同病原体对特定气候条件的适应性

▸ 气候变化下的病原体分布预测

在持续的气候变化下,降水模式温度正在发生变化,这可能会对人类病原体的分布产生深远影响。

• 未来一些病原体和致病特征可能呈上升趋势

研究分析了病原体相对丰度从当前气候情景到预测的未来气候情景的潜在变化,结果表明在未来的气候情景下,一些关键病原体致病特征的比例在全球大多数地区呈上升趋势

例如,结核分枝杆菌复合物和致病群毒素合酶在撒哈拉以南非洲、南美洲、西欧、南亚和东南亚的某些地区呈现出明显的增长趋势。这与最近关于环境中人类病原体丰度总体增加的报告相一致。

这些地图提供了全球主要人类病原体的空间定量信息,填补了关于生活在土壤中人类病原体全球分布和环境偏好的关键知识空白。

然而,随着未来气候变化情景下土壤微生物组多样性的预测数据可用,以及更多宏基因组序列(特别是来自采样中代表性较低的地区/国家,如非洲国家)的积累,预测模型可以进一步改进。

结论与启示:
土壤健康与人类健康的”一体”视角

总体而言,全球研究揭示了土壤中人类病原体分布的几个关键发现:主要栖息在土壤中的人类病原体的全球分布由气候条件和土壤生物多样性决定,在更潮湿的环境中观察到相对丰度更高

土壤微生物多样性与这些病原体的流行率(即相对丰度)呈负相关,表明土壤生物多样性在最大限度地降低人类病原体爆发风险方面发挥着关键作用。

这些结果共同强调了土壤生物多样性是一个潜在的重要生态因素,它塑造了栖息在土壤中的人类细菌病原体的全球生物地理学。

▸ 研究的关键启示

这项研究确定了广泛分布在各种生态系统类型中的主要病原体,并揭示了这些病原体的相对丰度传染病的致病特征和全球死亡率之间的正相关关系。此外,研究展示了主要病原体的环境偏好,并预测了未来全球变化可能如何影响其空间分布。这些发现对未来的研究重点和感染风险的管理具有重要意义:

1.病原体传播途径再评估:多种主要病原体(如类鼻疽杆菌、沙门氏菌和炭疽杆菌)已知可通过环境(如农产品、动物媒介和尘埃)传播,而结核分枝杆菌复合体等则传统上被认为仅经人际传播。研究表明这些病原体可在土壤中长期存活,未来应重点开展与风险管理相关的研究,如其在土壤中的存活与分布机制,以及潜在的土壤—人类传播新途径

2.健康风险预警与管理:如果土壤中病原体的相对丰度与当地感染率之间具有稳定关系,就可以用于预测特定环境条件下的疾病风险,例如洪水或强降雨后类鼻疽的发生概率。通过持续监测土壤病原体分布与微生物多样性,并结合临床数据,有望建立更加精准和动态的疾病预警体系

3.综合方法应对多重社会挑战:气候、土壤社会经济因素纳入同一分析框架,有助于提升人类病原体风险评估的系统性与前瞻性。相关研究已弥补了关键病原体全球分布及其与生物多样性关系方面的认知空白,为预测不同气候情景下的人群健康风险提供了重要依据。

从健康管理角度看,对检测结果的理解也需要升级。肠道菌群检测不应只关注“缺乏哪些有益菌”,更应关注是否存在环境来源的病原体,以及这些菌是否反复出现。如果某类病原体持续存在,更可能提示持续暴露,而非单纯治疗不足。因此,定期监测趋势并结合生活环境变化进行分析,比单次检测更具意义。

在更宏观层面,未来公共卫生管理需要加强对土壤微生物的系统性监测,例如建立区域性的土壤微生物数据库与风险地图,对高风险区域进行预警,并在农业生产中规范粪肥处理和灌溉水管理。同时,在城市规划和灾害管理中,应将洪水后土壤病原风险纳入评估体系。

总体来看,对病原菌的控制应从“治疗导向”转向“源头管理”。环境中的土壤是一个关键但长期被忽视的源头,真正有效的健康策略应覆盖三个层面:上游减少环境暴露中游控制食物污染下游调节肠道生态。只有在这一整体框架下,才能更有效地降低感染风险并实现长期健康维护

参考文献:

Xiong C, Delgado-Baquerizo M, Liang J, Wang J, Yan Z, Jensen SO, Gao M, Sáez-Sandino T, Guirado E, Muñoz-Rojas M, Román R, Maestre FT, Singh BK. Soil microbial diversity associates with lower prevalence of human bacterial pathogens across global soils. Cell Host Microbe. 2026 Mar 31:S1931-3128(26)00119-8.

腹胀、便秘、肠易激以及肠道菌群关联科普:从病因到管理

谷禾健康

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现代快节奏的生活中,消化系统不适已成为困扰全球数亿人的常见问题。其中,腹胀和便秘是最为普遍的胃肠道症状。它们不仅带来身体上的沉重感、疼痛和不适,更深刻影响着患者的心理健康和生活质量。许多患者在经历了长期的腹胀和排便困难后,最终被诊断为肠易激综合征(Irritable Bowel Syndrome, IBS),这是一种以腹痛伴随排便习惯改变为特征的功能性肠病

过去,这类问题常被简单归因于“消化不良”或“胃肠动力不足”。随着神经胃肠病学微生物组学的发展,人们逐渐认识到其背后是复杂的脑-肠-微生物轴失调

研究表明,腹胀和便秘并非孤立的局部问题,而是涉及中枢神经系统肠神经系统(ENS)、肠道内分泌激素免疫炎症反应以及数以万亿计的肠道微生物的系统性失调。

本文将基于最新的科学研究和临床指南(如罗马IV标准),深入探讨腹胀与便秘的定义、高发人群病理生理机制,特别是肠道菌群肠道激素在其中扮演的关键角色,并为您提供一套涵盖饮食、微生态调节生活方式中医药的综合干预建议。

腹胀是一个常见但复杂的症状,原因多种多样,从饮食和压力肠道微生物群失衡医疗状况。本文解释了胃肠科医生通常会如何应对腹胀,胃肠专家会诊时应期待的情况,以及消化健康评估如何识别腹部不适背后的模式。帮助判断何时采取基础干预,何时需要进一步检查。

什么是腹胀?
定义、亚型与鉴

▸ 什么是腹胀和便秘?

▸ 腹胀的定义

腹胀是腹部胀气或膨胀感的统称。普通人吃饭后偶尔会有轻度腹胀,这是正常生理现象。只有频繁发作或持续存在的腹胀才需要关注。

▸ 便秘的定义

便秘主要表现为排便次数减少粪便干硬排便困难。一般以每周排便少于3次,并伴有排便费力或不畅作为诊断标准。

注:每个人排便习惯存在差异,有人每日1–2次,也有人2–3天一次。只要规律且粪便不干硬,均不属于便秘。

下面将从临床与医学角度进一步解析腹胀和便秘的定义及其亚型。

▸ 临床与医学定义
(主观感受与客观体征)

在消化系统临床中,腹胀是最常见且困扰患者的症状之一。医学上需区分“Bloating”和“Distension”两个概念。根据罗马IV标准及国际疾病分类(ICD-11),其区别主要如下:

▸主观腹胀(Bloating):指患者主观感受到的腹部饱胀感、紧绷感或气体堵胀感。这是一种感觉可能伴随也可能不伴随腹部的实际增大。

▸客观腹部膨隆(Distension):指客观上可测量到的腹围增加,通常是肉眼可见的腹部向外突出。

二者可单独或同时存在。普通人群中,主观腹胀患病率约19%,伴客观腹围增加约9%;而在肠易激综合征(IBS)等功能性肠病患者中可高达66%–90%

★ 腹胀是多系统的复杂失调

罗马IV标准将功能性腹胀和腹部膨隆定义为独立的肠-脑互动异常”疾病。其诊断要求为:反复出现腹胀或腹部膨隆,平均每周至少1天,症状在诊断前已持续6个月,且近3个月符合标准,并排除IBS、功能性便秘等其他功能性胃肠病。该区分提示腹胀并非单一器质性问题,而是涉及神经、肌肉、微生物免疫系统的复杂失调。

▸ 腹胀的亚型

腹胀可以分为功能性腹胀器质性腹胀:

▸功能性腹胀:最常见,无明显的解剖学或生化异常。其发生多与内脏高敏感性、胃肠动力异常、肠道菌群失调腹膈肌协同失调有关。

▸器质性腹胀:由明确的疾病引起,如肠梗阻、腹水(肝硬化、心衰引起)、胃轻瘫、乳糜泻、卵巢肿瘤等。在重症医学科中,腹胀甚至可能是危及生命的腹腔间隔室综合征(ACS)的先兆。

相比之下,功能性腹胀缺乏常规临床评估可解释的器质性原因

▸ 腹胀与腹部肥胖的区别

许多患者,尤其是女性,常将功能性腹胀导致的腹围增大误认为“发胖”或“腹部肥胖”,但两者本质上截然不同

▸基础原因不同:腹部肥胖是由于皮下脂肪或内脏脂肪的长期过度蓄积;而腹胀引起的腹围增大,多由肠道气体、滞留粪便腹壁肌张力异常导致腹腔内容物前移所致。

▸时间节律不同:肥胖引起的腹围增大相对稳定,短时间内变化不明显;而功能性腹胀呈明显昼夜节律,常表现为“晨轻暮重”:晨起腹部平坦,随进食逐渐加重,至傍晚或夜间达峰,经休息或排气排便后缓解。

▸伴随症状不同:腹胀常伴有肠鸣音亢进、频繁嗳气、排气增多、腹痛或排便习惯改变(如便秘);而单纯的腹部肥胖通常不伴随这些消化道急性症状。

流行病学特征与易感人群分析

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总体患病率与风险因素

腹胀和便秘是全球常见的健康问题。流行病学调查显示,全球约有15%-18%的普通人群每周至少经历一次腹胀。在中国,成人慢性便秘的患病率约为4.0%~10.0%,且随着年龄的增长而显著升高,80岁以上老年人的患病率甚至可达38.0%

两者常相伴发生。在便秘型肠易激综合征(IBS-C)和功能性便秘(FC)患者中,超过90%伴有明显腹胀。

▸ 共同风险因素

这两种症状的共同风险因素包括:

不良的饮食习惯(如高脂、低纤维饮食,高肉类摄入);

缺乏体力活动或运动

不规律的排便习惯、

精神心理压力(焦虑、抑郁、睡眠质量差);

年龄、疾病因素等。

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女性更易患腹胀和便秘

需要注意的是,腹胀和便秘的性别差异极为显著女性患病率通常为男性的1.5~2倍以上。

女性之所以成为腹胀和便秘的高发群体性激素雌激素和孕激素)的周期性波动和生命阶段性衰退起到了决定性作用。特别是在绝经期和围产期,女性的胃肠道面临着巨大的生理挑战。

▸ 围绝经期女性的“肠道危机”

围绝经期是指女性绝经前后的一段过渡时期,其核心特征是卵巢功能衰退雌激素和孕激素水平剧烈波动并最终显著下降。研究表明,绝经后女性患便秘和IBS的症状严重程度显著高于绝经前女性。其机制主要包括:

1.胃肠动力减弱:雌激素受体(ERα、ERβ)及G蛋白偶联受体(GPER/GPR30)广泛存在于肠神经系统和肌间神经丛。雌激素通过一氧化氮(NO)通路调节平滑肌收缩与舒张;其水平下降会减慢胃肠蠕动、延迟胃排空延长结肠传输时间,从而引发便秘和腹胀。

2.肠道微生态失衡:肠道菌群与雌激素相互调节。肠内“雌激素代谢菌群”通过分泌β-葡萄糖醛酸酶,将结合态雌激素转为游离态,促进肠肝循环重吸收。围绝经期雌激素下降会降低菌群多样性,减少有益菌、增加有害菌,既降低雌激素利用率,又增强发酵产气,加重腹胀

3.内脏敏感性增加:雌激素对中枢神经系统的痛觉调节具有保护作用;其缺乏会降低内脏痛觉阈值,使正常肠气或轻度扩张被放大为明显的腹胀和腹痛。

▸ 围产期女性的“双重压迫”

在怀孕期间及产后(围产期),女性同样极易发生便秘和腹胀,患病率可高达40%-52%。其原因包括:

1.激素风暴:孕期孕激素显著升高,其平滑肌松弛作用虽可防止子宫过早收缩,但也降低胃肠道平滑肌张力、减弱肠蠕动,使食物残渣滞留时间延长、水分过度吸收,从而导致粪便干结和气体滞留。

2.机械性压迫:随着胎儿的生长,不断增大的子宫会直接压迫直肠和乙状结肠,形成物理性梗阻,阻碍粪便和气体的排出。

3.产后盆底肌受损:分娩(尤其阴道分娩)可损伤盆底肌及阴部神经,导致排便协同失调,排便时盆底肌反而收缩,进而引起排便困难和继发性腹胀

腹胀可能的原因,按发生概率排序

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饮食不当(最常见)

饮食不当是腹胀的首要原因,占比超过60%。具体常见情况主要有以下几种:

▸ 吃太多容易产气的食物

豆类、洋葱、大蒜、韭菜、萝卜、卷心菜、甘蓝这些食物含有较多不易消化的碳水化合物。它们进入结肠后被细菌发酵产生大量气体,易引发腹胀。

许多人饮奶后腹胀,多为乳糖不耐受所致,中国人约70%存在不同程度乳糖不耐受。

▸ 吃饭太快

吃饭速度快会吞入大量空气。这些空气进入胃肠道,加重腹胀感。边吃边说话更容易吞入空气。

▸ 吃太多高脂高糖食物

高脂肪高糖食物减慢胃排空速度,食物在胃内停留时间延长,发酵产气增加

可能导致腹胀发生的因素

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2
功能性消化不良

功能性消化不良占腹胀原因的15%~20%。这种病无明显胃肠结构异常,主要表现为餐后饱胀、早饱上腹胀痛

其发病与胃动力异常内脏高敏感有关,约半数患者合并幽门螺杆菌感染,根除后部分症状可缓解。

3
本身便秘

便秘患者粪便长时间积聚在结肠内,细菌发酵粪便产生大量气体。便秘本身就会引发严重腹胀。很多便秘患者第一主诉就是腹胀

4
肠易激综合征

肠易激综合征是一种常见功能性肠病。腹胀是肠易激综合征便秘型最常见症状,大约80%患者有不同程度腹胀。腹胀症状在排便后通常会减轻

肠易激综合征中的微生物群改变

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Almonajjed MB,et al.Medicina (Kaunas).2025

5
肠道菌群失调

抗生素使用饮食改变年龄增长可改变肠道菌群组成;产气菌过度生长增加气体生成,导致持续腹胀。

▸ 肠道菌群失调会加重腹胀和消化功能障碍

肠道菌群失调还意味着微生物群落失衡。当产气细菌数量超过其他细菌,或有益菌数量被耗尽时,发酵平衡会倾斜


肠道微生物群的失调会导致中枢和消化生理过程的改变,包括运动性和免疫功能,这些都会加重腹胀消化功能障碍

▸ 腹胀可能与菌群失调相关的迹象:

  • 抗生素频繁使用史
  • 高糖低纤维饮食
  • 慢性压力或免疫问题
  • 随着时间推移,食物敏感加重
  • 持续胀气和肠道不规则,且无明确诱因

6
胃酸过低(低盐酸)

这里小编要特别强调,胃酸不足是传统医学中常被忽视的根本原因之一。胃酸(HCl)对蛋白质分解、食物杀菌、启动消化级联反应及维持酶活性所需酸性环境至关重要;其不足时,食物尤其蛋白质在进入小肠前难以充分消化

▸ 低胃酸可致小肠细菌过度生长,从而引起腹胀

文献综述显示,胃酸不足时未消化食物在胃肠道发酵,可能诱发小肠细菌过度生长(SIBO),并促进幽门螺杆菌等进一步增殖。

SIBO与腹胀、吸收不良和腹泻有关,直接与胃酸减少及随后的上小肠菌群失衡相关。关于低盐碱和细菌过度生长的研究发现,在低酸条件下,小肠中的细菌过度生长会导致本应用于重要代谢功能的蛋白质分解,从而产生消化和系统下游的影响。

▸ 腹胀可能与胃酸过低有关的迹象:

  • 腹胀通常在进食后30到60分钟开始,尤其是在蛋白质含量高的餐后
  • 即使吃了少量食物,也很快感到饱
  • 粪便中未消化的食物
  • 胃酸反流
  • 维生素B12、铁或锌的营养缺乏

7
肠道蠕动缓慢

肠道内存在“清洁运转周期”,对腹胀的发生至关重要。该专业名词为迁移运动复合体(MMC):MMC 是空腹期周期性反复出现的肠蠕动模式,可在餐间“清扫”残留食物残渣、细菌和其他残留物。

缺乏正常 MMC 活性与胃轻瘫、肠道假性阻塞小肠细菌过度生长有关,从而引起显著腹胀。研究显示,慢传输型便秘患者常出现 MMC 异常(如缺失或延长周期,以及关键阶段蠕动减退)。MMC 受损时,食物停滞并发酵,平时会被清除的菌群得以定植和繁殖,进而导致腹胀、便秘和 SIBO

▸ 腹胀可能与肠道蠕动缓慢有关的迹象:

  • 腹胀会在一天中逐渐积累,下午或晚上达到高峰
  • 便秘或排便频率不高
  • 感觉食物在胃里停留好几个小时
  • 胃轻瘫或缓慢运输的病史

8
小肠细菌过度生长(SIBO)

小肠细菌会分解碳水并生成气体及短链脂肪酸;当细菌过多并“吞食”时,气体与其他副产物就会显著增多。它们还会消耗蛋白质和维生素B12,以及脂肪消化所需的胆汁盐。

因此,小肠细菌过度生长(SIBO)导致的腹胀往往特别令人困惑:常见的“健康食物”反而会诱发发作。益生元纤维、洋葱、大蒜、苹果、豆类发酵食品会为细菌提供养分;若这些细菌在小肠而非结肠内大量繁殖,就会在不合适的时间、地点与剂量下发生发酵,从而引起症状。


SIBO 往往并非独立疾病,而是多因素共同导致:胃酸受损使细菌得以在小肠存活,MMC 功能障碍无法有效清除,并叠加结构性问题形成“藏匿口袋”。

▸ 腹胀可能与 SIBO 相关的迹象:

  • 吃饭后90分钟内腹胀,尤其是含碳水化合物的食物
  • 便秘和腹泻交替出现
  • 过多胀气和放屁
  • 吃高纤维或发酵食品时腹胀会更严重
  • 食物中毒或抗生素使用史

9
消化酶不足

消化酶是分解食物的关键:淀粉酶处理碳水,蛋白酶处理蛋白质,脂肪酶负责脂肪。若酶分泌不足,食物会以较大且未充分消化的形式进入肠道,随后被细菌分解,从而引发腹胀。

▸ 最常见的是外分泌胰酶缺乏,导致脂肪吸收差

临床上最公认的情况是外分泌胰功能不全(EPI)。EPI的核心特征是外分泌胰酶缺乏,而脂肪吸收不良是最典型表现,常伴腹部不适和腹胀

不过,腹胀不一定要达到“明显缺乏酶”的程度。亚临床功能不足(常与胃酸过低有关,因胃酸参与触发酶释放的信号级联反应)、压力或衰老,也可能导致碳水与脂肪分解不良。

▸ 腹胀可能与消化酶不足相关的迹象:

  • 吃高脂肪食物后腹胀更严重
  • 油性、漂浮或有异味的大便
  • 吃完饭后即使适量也会感到沉重和不舒服
  • 脂溶性维生素缺乏(A、D、E、K)

10
慢性压力与神经系统失调

这一点常被低估:若你曾在恐惧或压力时感到“胃部下沉”,甚至出现消化仿佛完全停止的体验,你可能已亲身感受到肠-脑轴

▸ 压力或心情不好会影响食物消化

研究表明,压力会抑制迷走神经,进而损害胃肠道及微生物群,并参与肠易激综合征、炎症性肠病等胃肠疾病的发生发展。

肠易激综合征病理生理学要素

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doi: 10.3390/jcm12072558.

迷走神经是肠道与大脑之间的重要通路。处于交感神经优势时,消化会被“忽略”:胃酸减少、酶分泌下降、肠蠕动减缓,且 MMC 节律受影响。清单中的这些环节都可能因长期且未缓解的压力而加重

此外,迷走神经对肠道功能具有关键的中枢调控作用;压力可通过该通路直接影响消化动力、分泌与免疫功能

▸ 腹胀可能与压力相关的迹象:

  • 压力大时腹胀明显加重
  • 高压事件前的消化衰竭或稀便
  • 假期或周末消化更好
  • 焦虑、创伤或慢性不堪重负的病史
  • 呼吸浅、下颌紧绷或高基线张力

11
激素波动

这一原因仅限于女性,在功能和传统环境中都被严重低估。

▸ 月经周期可能会影响女性消化和吸收

一项关于孕酮与胃肠蠕动的综述指出:孕酮会减慢胃肠蠕动,并以“剂量依赖”方式影响胃排空,从而促成许多女性在黄体期出现消化迟缓和腹胀

在月经周期中,卵巢激素的波动会调节胃肠道的收缩力、运输、分泌、内脏敏感性和免疫功能;月经期间雌激素水平下降可能尤其增加腹痛改变排便习惯引发腹胀

此外,研究显示肠道通透性月经周期存在关联:黄体期孕酮相关的变化可能影响肠道通透性、细菌易位以及乳房肿胀、腹胀等生理症状的严重程度。

▸ 临床实际情况:

  • 排卵后黄体酮升高会减缓肠道运输,可能导致黄体期腹胀和便秘。
  • 月经前降低雌激素可能会增加肠道敏感度并加重腹胀。
  • 已经受损的女性,由于基础性受损,激素性胀气更为严重。

▸ 腹胀可能与激素有关的迹象:

  • 月经前7到10天内有可预测的腹胀
  • 黄体期便秘,随后月经时大便稀释
  • 消化变化与周期阶段密切相关
  • 围绝经期或激素避孕药调整后病情恶化

12
胃肠道器质性疾病

▸ 慢性胃炎、胃下垂

慢性胃炎患者胃动力减弱,食物排空减慢,容易腹胀。

胃下垂患者胃排空能力明显下降,站立后腹胀加重。

▸ 幽门梗阻

幽门是胃通向十二指肠的出口。溃疡或肿瘤造成幽门梗阻,食物和气体无法顺利通过,会引发上腹部严重腹胀

▸ 肠梗阻

肿瘤、粪块、粘连性肠梗阻都能阻挡肠道内容物通过。梗阻近端肠道积气积液,腹胀非常明显,同时伴随停止排气排便

▸ 腹腔肿瘤

卵巢癌、结肠癌、胃癌增长到一定体积,占据腹腔空间,产生持续腹胀

13
全身性疾病

▸ 糖尿病

糖尿病患者常合并胃肠自主神经病变,胃排空减慢,肠蠕动减慢,引发腹胀便秘

▸ 甲状腺功能减退

甲状腺激素分泌不足,全身代谢减慢胃肠道蠕动也减慢,容易腹胀便秘

▸ 慢性肾功能不全

尿毒症毒素影响胃肠道平滑肌功能,引发腹胀食欲下降

▸ 心力衰竭

右心衰竭患者腹腔脏器淤血,胃肠道水肿,蠕动减慢,易出现腹胀食欲减退。

便秘可能的原因,按发生概率排序

1
饮食结构不合理(最常见)

当代饮食越来越精细,膳食纤维普遍摄入不足。纤维能增加粪便体积、促进肠道蠕动;纤维不足则粪便量小、对肠道刺激不够,因而更容易便秘。

中国居民膳食纤维推荐摄入量是每天25~30克。实际调查显示,国人平均摄入量只有10~15克,远达不到推荐标准。

▸ 具体饮食相关因素:

– 吃太多精加工米面,全谷物摄入太少;

– 蔬菜水果吃得不够

– 喝水太少,粪便水分被过度吸收,变得干硬;

– 吃太多肉类,膳食纤维严重不足。

可能导致便秘发生的因素

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2
不良生活习惯

▸ 缺乏运动

长期久坐不动,肠道蠕动减慢。很多办公室工作者每天坐着超过8小时,便秘发生率明显高于体力劳动者。

▸ 排便习惯不良

很多人因为工作紧张,有便意时憋着不排便。长期反复这样,直肠对粪便刺激敏感性降低,便意减退,引发便秘

▸ 如厕习惯不好

许多人上厕所玩手机,排便时间延长,容易诱发盆底肌功能紊乱,加重便秘

▸ 长期精神紧张压力大

压力会通过脑肠轴影响肠道蠕动,进而影响便秘

3
年龄增长

随着年龄增长,胃肠道蠕动减弱,腹肌与盆底肌力量下降,排便动力随之减弱,因此老年人便秘的发生率明显高于年轻人。60岁以上老年人的便秘发生率约为年轻人的2–3倍

4
药物副作用

很多常用药物会引起便秘,这是临床便秘重要原因之一。

▸ 常见引起便秘的药物:

  • 镇痛药:阿片类止痛药(吗啡、羟考酮)
  • 抗抑郁药:三环类抗抑郁药
  • 降压药:钙离子拮抗剂(硝苯地平、维拉帕米)
  • 抗过敏药:抗组胺药
  • 补钙补铁制剂:碳酸钙、硫酸亚铁
  • 非甾体抗炎药:部分NSAID

5
肠道菌群紊乱

越来越多研究证实,肠道菌群失调在便秘发病中起到重要作用。具体哪些细菌和便秘有关,我们后面专门详细说。

肠道微生物群可能影响便秘的发病机制

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doi: 10.1093/gastro/goab035.

6
功能性疾病

▸ 肠易激综合征便秘型

肠易激综合征便秘型,除了便秘还伴随腹痛腹胀,排便后腹痛腹胀减轻。

▸ 结直肠肿瘤

肿瘤长大堵塞肠腔,造成排便困难。老年人突然发生便秘,一定要首先排除肿瘤可能。

▸ 直肠前突/盆底肌功能障碍

这是女性出口梗阻型便秘常见原因,多次生育女性更容易发生。

▸ 糖尿病

糖尿病神经病变影响肠道蠕动,很多糖尿病患者合并便秘

▸ 甲状腺功能减退

甲状腺激素不足,全身代谢减慢,肠道蠕动也减慢。

▸ 神经系统疾病

中风、帕金森病、多发性硬化都能影响神经控制,引发便秘。

腹胀便秘发生的生理机制

1
内脏高敏与腹膈肌协同失调

功能性腹胀的发生机制极其复杂,目前认为主要由以下几个核心环节构成:

▸ 内脏高敏感性

首先是内脏高敏感性。这是肠易激综合征(IBS) 和功能性腹胀的关键机制:患者的肠道会对正常生理刺激(如少量气体、食物残渣或正常蠕动)产生过度敏感

其原因可能包括肠道黏膜的低度炎症肠道通透性增加(“肠漏”),使潜在有害物质刺激黏膜下神经丛;信号经脊髓传入大脑后,被大脑皮层(如前扣带回、岛叶)错误地放大解读为胀痛感

▸ 腹膈肌协同失调

其次是腹膈肌协同失调,它解释了为什么腹胀患者的腹围会明显增大

健康情况下,肠道内容物增多(气体或食物)会触发协调反射:膈肌向上松弛、腹壁肌肉收缩,从而增加腹腔容积,避免腹部向前突出

但在腹胀患者中,该反射出现异常:进食或肠腔轻度扩张时,膈肌反而出现矛盾性收缩(向下移动),同时前腹壁肌肉异常松弛。这种内脏-躯体反射失调会使腹腔内容物被向下、向前挤压,从而造成可见的腹部膨隆

2
腹胀与便秘同行的疾病机理与致病因素

腹胀与便秘常常是“难兄难弟”,两者同发的概率很高。在慢传输型便秘和便秘型肠易激综合征(IBS-C)中,二者病理机制相互促进,形成恶性循环

▸ 粪便滞留与过度发酵

结肠蠕动减弱(慢传输)或排便出口受阻(排便障碍)时,粪便在肠内停留时间变长。水分被过度吸收使粪便干硬;更关键的是,滞留的食物残渣为肠道菌群提供底物,促使细菌长时间发酵,产生大量气体(如氢气、甲烷、二氧化碳)。

▸ 肠腔扩张与动力抑制

气体增多粪便堆积会造成肠腔扩张。一方面直接引起腹部胀满;另一方面可触发抑制性反射,进一步减弱肠蠕动,加重便秘。

此外,部分气体(如甲烷)还可能具有神经肌肉毒性,直接抑制肠道平滑肌收缩,减慢肠道传输

3
肠道激素与神经递质在胃肠动力中的作用

胃肠道不仅负责消化,也被认为是人体最大的内分泌器官。肠道激素与神经递质共同调控胃肠动力、感觉和分泌,起到“指挥官”的作用。

肠道微生物群对神经递质的调节

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•血清素(5-羟色胺):人体约95%的血清素(5-HT)存在于胃肠道,主要由肠嗜铬细胞(EC细胞)合成并释放。5-HT是“脑-肠轴”连接的重要关键分子:当食物或气体刺激肠壁时,EC细胞释放5-HT,作用于肠神经系统的5-HT3与5-HT4受体。

5-HT4受体激活可促进乙酰胆碱释放,增强肠蠕动与分泌;5-HT3受体则参与疼痛信号向中枢传递。便秘患者常见5-HT通路异常(如合成减少、受体表达下调),导致肠道动力不足;而IBS患者则多见异常释放,引发内脏高敏与腹痛

•胃动素:由小肠M细胞分泌,主要在空腹(消化间期)释放;它激活MMC的第III相,也就是“肠道清道夫”运动,将未消化的食物残渣和细菌推向大肠。若胃动素分泌不足或受体不敏感,便会导致胃排空延迟和小肠细菌过度生长(SIBO),进而引起腹胀

•胆囊收缩素:主要由小肠I细胞分泌。进食脂肪和蛋白质后,CCK释放增多,促进胆囊收缩刺激胰酶分泌;同时它显著抑制胃排空、减慢结肠传输。IBS患者可能对CCK更敏感,从而出现进食后夸张的动力抑制与腹胀

•多巴胺:尽管多巴胺常被视为中枢“快乐递质”,但肠道同样可合成大量多巴胺。肠道多巴胺受体(如D2受体)被激活时,通常会抑制胃肠动力。因此,帕金森病患者往往伴随顽固便秘和腹胀(中枢多巴胺不足,同时外周受体敏感性可能发生改变)。

4
肠道产气机制及其对症状的放大效应

正常成年人每天肠道排气量约为500-1500毫升。肠道气体主要来源于吞咽的空气和肠道细菌的发酵。未被小肠完全吸收的碳水化合物(如膳食纤维、低聚糖、抗性淀粉)进入结肠后,被肠道菌群发酵,产生氢气(H2)、二氧化碳(CO2)以及微量的甲烷(CH4)和硫化氢(H2S)。

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不同菌群代谢产生的气体对肠道功能影响迥异。例如,甲烷(CH4)不仅是一种温室气体,在人体内它被证明是一种神经递质调节剂

产甲烷菌(如史氏甲烷短杆菌Methanobrevibacter smithii)消耗氢气生成甲烷高浓度的甲烷能够直接抑制回肠和结肠的平滑肌收缩,显著延长肠道传输时间。临床研究证实,呼气试验中甲烷阳性的患者,其便秘的严重程度和腹胀频率远高于阴性患者。此外,硫化氢(H2S)虽然量少,但具有高度毒性,不仅产生恶臭,还可能损害肠道上皮细胞的能量代谢,加剧内脏高敏。

腹胀便秘与肠道菌群的关联

近年来研究已证实:肠道菌群便秘与腹胀发生发展中起关键作用。

便秘患者粪便菌群α多样性通常降低,厚壁菌门/拟杆菌门比例升高

1
产气菌过度生长易导致腹胀

产气菌过度生长会使肠道内产生的气体增多,从而引发腹胀等不适症状。

Klebsiella pneumoniae(肺炎克雷伯菌)

克雷伯菌过度生长会产生大量气体,引发明显腹胀。很多小肠细菌过度生长患者,克雷伯菌丰度显著升高

Streptococcus属某些物种

链球菌发酵碳水化合物产生大量气体,增加腹胀风险。

-Enterobacteriaceae科整体

肠杆菌科多数细菌发酵碳水化合物产气,丰度升高气体产生增加

人类肠道微生物组中主要的产气微生物

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doi.org/10.1016/j.jff.2022.105367

2
为什么产气菌多会腹胀便秘?

产气菌过度增殖会消耗可发酵碳水化合物,生成大量氢气、二氧化碳和甲烷;气体积聚引起腹胀。与此同时,甲烷可减慢肠蠕动延长结肠传输时间,从而加重便秘,因此不少便秘患者常同时出现腹胀。

细菌发酵中H2、H2S、CH4和CO2的生化途径

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doi.org/10.1016/j.jff.2022.105367

3
哪些细菌增多易导致腹胀?

Desulfovibrio物种

硫酸盐还原菌代谢产生硫化氢,高浓度硫化氢对肠道平滑肌有毒性作用,抑制蠕动。研究发现,便秘患者硫酸盐还原菌丰度高于健康人。

-黏液降解菌过度生长

Akkermansia muciniphila(嗜黏蛋白阿克曼菌)专门降解肠道黏液层。适量阿克曼菌对健康有益,过度生长会破坏黏液屏障,引发肠道炎症,影响蠕动功能

微生物群和肠道屏障完整性

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4
哪些细菌减少易导致便秘腹胀?

-产丁酸菌减少

丁酸盐是结肠上皮细胞主要能量来源,同时能够促进肠道蠕动,维持肠道正常节律。

主要产丁酸细菌包括:Faecalibacterium prausnitzii(普拉梭菌)、Roseburia属物种(如Roseburia inulinivorans)、Eubacterium rectale(直肠真杆菌)、Butyricicoccus pullicaecorum

这些细菌丰度降低,丁酸产生减少,结肠上皮能量不足,蠕动功能减弱,容易便秘

Bifidobacterium(双歧杆菌)减少

双歧杆菌能够调节肠道蠕动,降低肠道pH值,促进有益菌生长。很多研究证实,便秘患者双歧杆菌丰度显著低于健康人。

Lactobacillus(乳杆菌)某些物种减少

Lactobacillus reuteri(罗伊氏乳杆菌)能够改善肠道动力,减少炎症反应。补充罗伊氏乳杆菌能够缩短结肠传输时间干酪乳杆菌也能调节肠道运动功能,增加排便频率。

近年来多个大型队列研究证实了肠道菌群便秘腹胀的关系。随机双盲安慰剂对照试验证实:

补充 Bifidobacterium lactis能够增加每周排便频率,改善粪便性状

补充Lactobacillus reuteri 缩短结肠传输时间15-20%;

益生元菊粉能够增加粪便中双歧杆菌数量,增加排便频率。

212种肠道微生物群与便秘的因果关联

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doi: 10.3389/fmicb.2024.1438778.

5
针对特定细菌的干预方法

根据肠道菌群检测结果,不同菌群异常采用不同干预策略

▸ 产气菌过度生长(克雷伯菌、肠杆菌科丰度升高)

饮食干预—减少精制碳水化合物摄入:产气菌喜欢利用容易发酵的简单糖产生气体。减少精制糖就是减少底物。

增加膳食纤维,特别是不可发酵纤维:不可发酵纤维能够促进肠蠕动,减少细菌过度生长。不可发酵纤维主要存在于全谷物外壳、蔬菜的纤维素部分。

低FODMAP饮食:低FODMAP饮食减少可发酵寡糖和单糖,减少气体产生。对小肠细菌过度生长引发的腹胀效果很好。

需要注意,低FODMAP饮食不建议长期使用,一般使用4-6周,症状缓解后需要逐步恢复高纤维饮食,避免长期低纤维饮食对菌群造成不良影响。

益生菌:补充产丁酸益生菌可通过竞争占位抑制产气菌生长;如布拉氏酵母菌、嗜酸乳杆菌等还能减少有害菌过度繁殖,改善肠道菌群环境。

抗生素:确诊为小肠细菌过度生长后,可在医生指导下短期使用抗生素(如利福昔明),通常疗程约1–2周;不建议自行用药,也不推荐长期使用抗生素。

▸ 产丁酸菌减少

增加膳食纤维摄入:尤其是菊粉、低聚果糖等益生元,可选择性促进产丁酸菌生长。常见富含益生元的食物包括:菊苣、芦笋、洋葱、大蒜、香蕉、燕麦。

多吃全谷物:全谷物因膳食纤维更丰富,可促进产丁酸菌生长;抗性淀粉同样能促进其增殖,例如冷却后的米饭和青香蕉都富含抗性淀粉。

直接补充:可以补充含有产丁酸菌的益生菌产品;或者补充丁酸栓剂或丁酸衍生物,但是注意直肠局部生产的丁酸效果更好。

▸ 双歧杆菌、乳杆菌减少

多吃含有低聚糖的食物:比如大豆、洋葱,能够促进双歧杆菌生长。

发酵乳制品:比如酸奶,含有活的乳酸菌,能够直接补充,注意选择无糖原味酸奶,避免额外添加过多糖分

直接补充:直接口服含有双歧杆菌或乳杆菌的益生菌制剂;选择明确标注菌株的产品,不同菌株功能不同。比如罗伊氏乳杆菌DSM17938明确研究证实对便秘有效,购买时可以关注菌株编号。

▸ Parabacteroides distasonis 低丰度

目前没有专门针对性食物。研究发现,蘑菇多糖能够促进P. distasonis 生长。克罗恩病患者食用蘑菇提取物后,P. distasonis 丰度升高,症状改善。可以尝试增加蘑菇摄入,每天吃100-200克新鲜蘑菇,有助于促进生长。

腹胀的规范化诊疗路径

胃肠科医生在评估腹胀时通常会先进行细致而全面的检查:明确症状特点识别风险,找出最可能引发不适的机制。尽管不同医生的具体方案会有所不同,但常见流程可能包括:

⑴ 询问临床病史

起效时间、发作频率具体时段(如饭后、早晚),并评估可能诱因。需记录饮食习惯、纤维摄入、碳酸饮料,以及乳糖或果糖的暴露情况,和近期抗生素使用史

抗生素使用可能产生的关联

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同时梳理排便习惯(便秘、腹泻、腹痛急迫、排便不尽)及伴随症状(烧心、恶心、打嗝、疼痛),是否受月经周期影响,体重变化、疲劳与压力。

药物和补充剂使用情况(如二甲双胍、阿卡博糖、GLP-1 受体激动剂、阿片类药物、制酸剂、益生菌)。

⑵ 体格检查

进行腹部体检,观察是否存在压痛、腹胀、肠鸣音异常,以及器官肥大或肿块;同时评估是否有液体积聚(腹水)或疝气迹象。有时还会进行直肠检查,以了解粪便负担、张力及盆底相关问题。

⑶ 腹部不适的诊断与风险评估

症状出现的年龄、家族史(乳糜泻、炎症性肠病、结直肠癌)、旅行史,以及近期感染或手术史(如胆囊切除术后可能出现胆汁酸相关腹泻)。

⑷ 初步测试(如有指示)

基础化验常包括:全血细胞计数、电解质检测、炎症标志物(如C反应蛋白)、肠道菌群检测、甲状腺功能及乳糜泻相关血清学。

必要时可做粪便检测,如粪便钙卫蛋白用于评估炎症,或粪便病原检测以排除感染。呼气测试可评估乳糖不耐受或果糖吸收不良;而针对小肠细菌过度生长(SIBO),有时会采用乳果糖或葡萄糖呼气测试

⑸ 询问临床病史

若出现警报症状或检查结果需要进一步评估,可能会进行上消化道内镜(EGD)、结肠镜、腹部超声或其他影像学检查,以排查结构性或炎症性疾病;怀疑胃轻瘫时,可考虑做胃排空检查

通过整合这些数据点,胃肠科医生会制定计划,可能包括饮食调整、肠道习惯优化、微生物调节策略治疗特定疾病的方案。重要的是,这很少是一个放之四海而皆准的流程。相反,它是迭代的,并由你个人的反应随时间引导。

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重点:为什么这个诊疗对肠道健康很重要

腹胀不仅仅是烦恼,它常提示消化系统失衡。对部分人而言,可能是快速发酵的碳水化合物刺激了敏感肠道;对另一些人,缓慢排便与便秘会导致气体积聚;还有人则可能与微生物失衡或炎症有关。

由于肠道与免疫、新陈代谢、神经系统微生物群紧密相连,理解腹胀有助于打开更广泛的消化健康视角。

积极处理持续腹胀可缓解不适,提升生活质量、精力与社交功能,也能避免反复试验带来的“走弯路”,减少误诊或延误评估的风险,防止症状在无意中加重。

若腹胀伴随非自愿体重减轻、便血、持续呕吐、吞咽困难、发热、贫血,或50岁后新出现的症状等警示信号,应尽早重视并进行及时、详细的评估

相关症状、信号及健康影响

▸ 腹胀并非单独出现,常见伴随症状包括:

  • 胀气和打嗝: 发酵增加、吞吐或排毒延迟可能表现为放屁或上消化道气体释放。
  • 腹部不适或疼痛: 常常痉挛或压力感,有时通过排便或排气缓解。
  • 腹泻或便秘: 肠道蠕动和粪便质度改变会影响气体运输。便秘常加重腹胀;腹泻可能表示吸收不良或炎症。
  • 排便不规律: 尿急、排便不完全或肠道排列交替,可能提示肠易激综合征或盆底问题。
  • 恶心、早期饱腹感或食欲变化: 可能是胃排空缓慢或敏感度升高。

长期且失控的腹胀会显著降低生活质量,并因饮食受限导致营养不良,进一步加剧肠—脑反馈循环。腹胀本身虽只是症状而非疾病,但可能提示肠易激综合征、功能性腹胀/膨胀、小肠细菌过度生长(SIBO)、乳糜泻、碳水化合物不耐受、胆汁酸吸收不良,或在特定情况下提示更严重的潜在病理。因此,当症状持续时,进行结构化评估并咨询胃肠专科尤为重要。

1
个体对腹胀原因的差异与不确定性

▸ 症状相似但可能由个性化的不同机制引起

每个人的消化系统都不完全相同。遗传、早期暴露、饮食、压力、激素、药物以及微生物群都会影响肠道对日常食物的反应:同样一顿饭,有人舒服,有人却胀气。

即使症状看起来相似,也可能由不同机制引起。例如,夜间腹胀的两个人可能都表现出相近外观:其中一人可能结肠排出缓慢、以产甲烷的菌群为主;另一人则可能主要由压力和快速发酵的碳水化合物导致内脏过敏

2
仅根据症状本身难以确定根本原因

▸ 症状相似但可能由于不同病因

腹部腹胀表面上可能很相似:无论成因是气体过度产生、气体处理能力受损、肌肉协调障碍、炎症、酶缺乏还是微生物群失衡,都会出现类似表现。

肠易激综合征、功能性消化不良、乳糖不耐受和小肠细菌过度生长(SIBO)等多种疾病中也常有重叠症状。缺少具体背景时,同样的症状可能对应不同病因,甚至导致误诊。

案例一:许多人误以为所有腹胀都源于豆类十字花科蔬菜,因此完全回避。但真正的主要诱因往往是严重便秘。相较于减少健康食物,改善排便频率规律更能缓解腹胀。

案例二:有人会把腹胀归咎于麸质。检测已排除乳糜泻;反而,果聚糖和多元醇可能是个体的主要触发因素。通过结构化的重新引入,可更清楚界定耐受水平,从而保留更多饮食多样性。

案例三:有人在使用抗生素后反复腹胀与腹泻,怀疑乳糖不耐受;但呼气测试及症状出现时间提示,更可能是感染后IBS,且可能伴随SIBO。治疗重点应放在促进胃肠动力与调整微生物平衡

这些例子说明了清晰诊断框架的价值。它减少了不必要的限制,将精力集中在最重要的地方,并为个性化策略打开了大门——尤其是在结合测试和细致跟进的客观见解时。

腹胀与便秘的
一般性预防与干预策略

鉴于腹胀与便秘发病机制复杂,单一治疗常难以见效。现代医学通常建议采用多层次、多靶点的综合干预,包括饮食调整、微生态治疗生活方式干预以及中西医结合治疗

1
饮食干预:低FODMAP饮食与膳食纤维的精准应用

▸ 低FODMAP饮食法是针对腹胀的有效干预

对伴有明显腹胀的 IBS 患者而言,低 FODMAP 饮食是目前国际公认的一线干预方案。FODMAP 指“可发酵的寡糖、二糖、单糖和多元醇”。这类短链碳水在小肠中难以充分吸收,进入结肠后易被细菌快速发酵产气,同时具高渗透性,把水分吸入肠腔,从而引起腹胀并加重腹泻

低FODMAP饮食分为三个阶段:

1.排除期(2-6周):严格去除所有高FODMAP食物(如小麦、洋葱、大蒜、苹果、西瓜、牛奶、豆类及人工甜味剂),以迅速缓解症状并建立消化基线。

2.重新引入期(6-8周):症状控制后,对各类FODMAP食物进行逐一、少量重引,评估耐受情况,明确具体“触发食物”。

3.个性化维持期:依据测试结果制定长期饮食方案,仅避免已证实不耐受的食物,以兼顾营养均衡与肠道菌群多样性

▸ 膳食纤维的精准补充

膳食纤维是预防和治疗便秘的关键,但若患者同时伴有腹胀,补充需格外谨慎。不可溶性纤维(如麦麸)虽能增加粪便体积,却可能带来较强摩擦且发酵快,容易加重腹胀;因此更推荐可溶性、非黏性或低发酵性纤维

例如,猕猴桃(每天2个)已在多项临床试验中证实可显著提高排便频率、软化粪便,并因其特异性酶(如猕猴桃碱)和低发酵特性,通常不易引起腹胀,患者满意度高。

西梅(每天100g)富含山梨糖醇和多酚,具有天然的渗透性通便作用;此外,部分水解瓜尔豆胶(PHGG)和洋车前子壳粉也属优选纤维补充剂,可形成凝胶润滑肠道,产气量较低。

2
微生态调节:益生菌与益生元的循证应用

纠正肠道微生态失衡是治本之策。微生态制剂(益生菌、益生元、合生元)通过竞争性抑制有害菌、修复肠黏膜屏障、调节免疫和神经递质分泌,有效改善腹胀和便秘

▸ 精准益生菌株的选择

益生菌的效果具有显著的菌株特异性。对IBS相关腹胀与腹痛,长双歧杆菌35624®(Bifidobacterium longum 35624)和格氏乳杆菌LA806循证证实可显著降低IBS严重程度评分(IBS-SSS),缓解内脏高敏。

而对慢性便秘,乳双歧杆菌HN019和动物双歧杆菌BB-12可缩短肠道传输时间提高排便频率

▸ 益生元协同作用

益生元(如低聚果糖、菊粉)是益生菌的“食物”。对便秘患者而言,合生元(益生菌+益生元)的联合使用常可产生“1+1>2”的效果。需注意的是,部分益生元含FODMAP,摄入过量可能在早期加重腹胀,应从小剂量开始,逐步增加

3
生活方式与心理行为干预

生活方式的调整良好的精神状态,不仅是治疗方案的起点,也是所有治疗能够有效开展的基础。

▸ 日常保持一定的运动

避免久坐:每坐1小时起身活动2-3分钟,走动并做轻度伸展即可促进肠蠕动

规律运动有助于改善便秘。每周约150分钟的中等强度有氧运动(如快走、慢跑)可机械性刺激胃肠蠕动、缩短结肠传输时间。太极拳与瑜伽等特定运动(如膝胸动作)配合腹式呼吸与腹部内脏按摩,既能促进排气,也有助于调节自主神经、降低交感兴奋,缓解压力

推荐运动项目:

-快走或慢跑:每天30分钟,促进全身血液循环,增加肠蠕动;

-瑜伽:很多扭转体式能够按摩腹部肠道,促进蠕动;

-游泳:全身运动,促进代谢,改善肠道功能;

-腹肌锻炼:适当锻炼腹肌,增加排便动力,老年人特别需要注意腹肌锻炼。

▸ 压力管理

长期压力增大,通过脑肠轴抑制肠道蠕动。你可以尝试:

-每天10-15分钟深呼吸冥想;

– 规律作息,保证每天7-8小时睡眠

– 找到适合自己的放松方式,比如听音乐、养花、散步

▸ 环境调整

-旅行环境改变容易便秘,提前做好准备,带够膳食纤维食物,不要完全改变饮食习惯。

长期精神紧张工作环境,试着拆分任务减少压力,定时起来活动。

▸ 心里干预

鉴于“脑-肠轴”的紧密关联,心理干预对难治性腹胀和便秘尤为关键。认知行为疗法(CBT)、肠道导向催眠疗法正念冥想可降低焦虑与抑郁水平,纠正大脑对内脏痛觉信号的异常处理,从而从根本上缓解症状。

4
中医药干预:中草药、针灸与内外同治

中医药在治疗功能性胃肠病方面具有独特的“整体观念”和“辨证论治”优势,强调多靶点、双向调节

▸ 中草药的独特机制

大黄:大黄是治疗便秘的中医经典药。现代研究认为其具有“双向调节”机制:蒽醌类成分(如番泻苷)在肠道菌群作用下转化为大黄酸,可刺激肠神经丛,促进肠液分泌与蠕动,从而通便泻下;而其中的鞣质类成分具收敛作用,可抑制肠道水通道蛋白(AQPs)表达,起到止泻作用。凭借这种动态平衡,大黄在腹泻-便秘交替型IBS的治疗中更具优势。

生姜与薄荷油:生姜含姜辣素和姜烯酚,具有促胃动力、抗炎与抗氧化作用,可加速胃排空,缓解上腹胀和恶心。薄荷油(主要成分薄荷醇)可作为天然的平滑肌钙离子通道阻滞剂,解除肠道痉挛,缓解IBS患者的腹痛和腹胀,因而被多国指南推荐为一线用药。

经典方剂:如白术、白芍、防风、陈皮用于肝郁脾虚型IBS,能抑肝扶脾、解痉止痛;木香、枳壳、乌药则能行气导滞,显著改善便秘型IBS患者的腹胀和排便困难。

▸ 中医外治法:针灸与穴位贴敷

针灸刺激特定穴位(如天枢、足三里、大肠俞、上巨虚),可调节自主神经平衡,促使胃肠激素(如胃动素、VIP)分泌趋于正常,实现肠道动力的双向调节

穴位贴敷(如用生姜泥或健脾温肾中药贴敷神阙穴/肚脐)则借助药物透皮吸收与经络传导直达病所。临床研究显示,生姜热敷脐部可有效预防并缓解卧床患者(如急性心肌梗死者)的腹胀与便秘,且无全身性副作用。

如何结合菌群检测结果做个性化管理

1
微生物组检测在腹胀便秘背景下能揭示的信息

对于频繁或持续腹胀的人群,粪便微生物组检测报告可提供如下参考:

• 微生物多样性: 慢性胃肠症状患者有时会观察到较低的多样性,但这并非腹胀特有。这可以指导逐渐谨慎地重新引入不同纤维。

• 相对丰度: 甲烷相关信号升高可能与便秘为主的模式相符。某些有益类群(如双歧杆菌)含量偏低,可能反映了饮食、抗生素史或其他因素

• 发酵潜力: 分类模式可能指示其碳水化合物发酵能力极强;如果与敏感性结合,这有助于塑造饮食试验

• 潜在失衡的标志: 部分特征显示其易产生炎症或硫化物,因此应密切关注诱因和耐受性

微生物组检测多以粪便样本为主,用于表征微生物多样性及细菌(有时也包括其他生物)的相对丰度。不同方法差异明显:不少检测采用16S rRNA基因测序分析细菌类群;也有部分采用散弹式宏基因组学,捕捉更广泛的微生物并推断功能通路。结果可能呈现多样性指标、特定群体潜在过度生长,以及与胀气、便秘或腹泻等症状相关的模式(往往为松散关联)。

在16S检测方面,数据库更庞大、模型构建时可纳入的因素更多,因而敏感性与稳定性通常更强。宏基因组则能识别真菌、毒力基因及部分代谢相关基因,从而更全面了解微生物并推断其功能。

需要注意的是,微生物组检测不能用于诊断SIBO或排除其他医疗状况;但当症状持续、且需要反复调整管理方案时,它可帮助进行个体化规划

2
哪些时候可以考虑微生物组检测?

并非所有腹胀患者都需要做微生物组检测。很多人通过日常调整并在必要时进行简短的临床评估即可改善。但若符合以下情况,补充相关信息可能会更有帮助:

  • 持续或反复腹胀,且初步策略(如纤维调节、便秘管理、注意饮食、选择性排除)均未改善;
  • 还会出现其他消化症状,如排便不规律、腹部不适或大便形式变化,但这些症状未如预期反应;
  • 有频繁使用抗生素、食源性疾病或严重饮食限制的病史,想更好地了解你的微生物状况;
  • 寻求个性化、基于证据的做法,降低试错成本和时间。

在这些情况下,结合临床评估个性化肠道微生物组报告的仔细审查,有助于指导有针对性的营养选择和微生物支持策略。目标不是“治疗检测结果”,而是将数据与症状、饮食和生活方式整合成一个连贯的计划

3
决策支持:微生物组检测何时有意义?

当信息能改变您下一步的行动时,测试最有价值。

• 持续的不确定性: 你尝试过第一线策略(比如慢吃、减少碳酸饮料、优化排便、基础碳水化合物-乳糖试验),但都没有明确的答案

• 反应不一: 有些改变能稍微改善,但症状会反复出现;目前尚不清楚是否应该增加纤维、更换纤维类型,还是继续避免。

• 便秘为主症状: 甲烷相关模式的证据支持关注运输时间和特定微生物方法。

• 抗生素后或感染后转变: 了解多样性和相对丰度有助于重新引入阶段并支持恢复。

• 复杂的饮食或限制: 客观的洞察有助于战略性地重建饮食多样性,避免不必要的回避。

相反,如果你的腹胀是轻微的,明显与暴饮暴食或汽水有关,并且通过基本调整就能缓解,检测效果可能不会太大。同样,如果出现明显症状,医疗评估优先于任何择期检测

4
胃肠专科就诊咨询的帮助

胃肠专家咨询将对您的症状模式可能诱发机制进行评估和对应。典型的就诊和随访可能包括:

• 明确目标:哪些结果最重要——是减少胀气、减少不适日、更明确的诱因,还是改善肠道规律?

• 症状日记/饮食记录: 在预约前后进行简短记录有助于识别时间模式(例如,与每日进食节律或便秘相关的下午-傍晚胀痛)。

• 选择性检测:如前所述,可能会根据风险、病史检查安排针对性的化验或微生物测试,呼气测试等。

• 管理试验:指导性饮食调整(例如,FODMAP 轻量法并重新引入)、肠道优化(补水、可溶性纤维或渗透剂治疗便秘),或在适当情况下支持肠道蠕动。

• 微生物组及辅助见解:可选的微生物组检测可用于制定下一步,尤其是在反应部分或非典型时。

• 后续与迭代: 在规定的间隔后回顾进展,根据反应调整,避免长时间不必要的限制。

这一流程强调协作与灵活调整,而不只是追逐症状。它要把机制理清:气体来源可能与肠黏膜受损有关,饮食可能导致发酵增加并影响肠道蠕动,微生物失衡则可能与炎症或结构性问题相关。明确这些因素后,腹胀治疗方案便能更有针对性地选择。

5
管理腹胀的循证策略

管理与干预通常不依赖单一因素。相反,结合符合个体生理特点偏好的多项调整往往效果更佳。潜在组成包括:

• 饮食行为:吃得更慢;彻底咀嚼;均匀间隔的用餐;限制碳酸饮料的使用;避免过量口香糖或硬糖,以免增加吸入空气。

• 靶向饮食试验:短暂、结构化的低 FODMAP 阶段,随后逐步重新引入以确定个人耐受性;如果呼气测试或病史支持不耐受,则要求乳糖或果糖限制;在工艺早期关注糖醇(山梨醇、甘露醇)和高度可发酵的纤维。

• 纤维:如果便秘,应优先选择可溶性纤维(例如部分水解的瓜尔胶、车前子)和充足的水分摄入。高不可溶性纤维可能会加重某些人的症状。

• 粪便调节:对于慢性便秘,建议在临床医生指导下使用循证渗透剂,必要时进行盆底评估,并定期活动以支持肠道蠕动。

• 肠道-大脑支持:减压、膈肌呼吸以及认知行为肠道导向催眠疗法可以降低内脏敏感度,改善部分患者的症状控制。

• 其他:薄荷油肠涂胶囊有一定证据可能缓解与IBS相关的不适。西甲硅油在某些情况下或可帮助减轻胀气。益生菌可作为试验性选择,但效果会因菌株和个体差异而不同;最好结合临床与微生物组背景来选择合适的菌株。

• 医疗治疗:如果怀疑并确诊 SIBO,有时会与促进肠道蠕动的同时使用靶向抗生素或草药方案;如果发现胆汁酸腹泻,胆汁酸结合剂可能有帮助;如果存在胃排空延迟,可以考虑促动力学策略。

需要强调的是,这并非“一刀切”治疗。关键在于把治疗选择驱动你症状的机制对齐,并持续、系统地重新评估。

总结

腹胀与便秘,看似是日常生活中微不足道的“小毛病”,实则是人体内部复杂生态系统失衡的警报。从肠道内数以万亿计的微生物,到穿梭于神经突触间的5-羟色胺;从女性生命周期中起伏的雌激素,到内脏高敏、腹膈肌协同失调,从肠道激素的紊乱,再到产甲烷菌等微生态的失衡,每一个环节都相互交织,互为因果。大脑与肠道之间无声的对话,每一个环节的微小偏差都可能演变为令人痛苦的临床症状

面对这种复杂的疾病网络,仅靠单一的泻药或促动力药物往往只能“治标”,且长期使用可能带来依赖与副作用。未来治疗方向应走向更精准、更综合

通过低FODMAP饮食减少发酵底物,结合特定益生菌株与益生元重塑微生态;再辅以运动与心理干预,打破脑-肠恶性循环。同时充分发挥中医药多靶点、双向调节的优势,才能真正从“缓解症状”迈向“恢复稳态”的根本转变。

随着微生物组学测序技术普及以及人工智能在医疗数据分析中的应用,我们有望实现真正的精准医疗:基于个人肠道菌群图谱基因型与代谢特征,制定专属的益生菌组合、饮食方案和药物干预策略

对广大受困扰的患者,尤其处于特殊生理阶段的女性而言,理解疾病机制是战胜疾病的第一步。保持良好心态,科学调整饮食合理补充膳食纤维并选择合适的益生菌;必要时及时咨询消化科与心理科医生。通过重建肠道微生态与脑-肠轴的平衡,才能重新获得轻松顺畅的健康生活。

注:本账号内容仅供学习和交流,不构成任何形式的医疗建议。

主要参考文献

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降解多酚黄酮的肠道重要菌——Flavonifractor,能促进痛风、抑郁也能改善便秘肥胖

谷禾健康

我们谈到肠道菌群植物化学物,总会说膳食纤维多酚黄酮这些物质对身体好。但是你有没有想过,这些黄酮类化合物进入肠道,是谁在分解它们?是谁在利用它们

今天我们要说的Flavonifractor(中文可以翻译为解黄酮菌属),就是一个专门能分解利用黄酮类化合物的肠道细菌。它这个名字,”Flavoni-“就是黄酮的意思,”-fractor”就是分解者,所以名字本身就告诉了你它的核心功能。

这个属是近年才被大家更多关注,它和很多疾病都有关系,包括痛风、糖尿病肾病、抑郁症等有牵连。今天我们就来全面认识它,帮助你拿到菌群检测报告后,能读懂结果,知道该怎么科学管理

01
什么是Flavonifractor——基本生物学特性

1
发现历史

Flavonifractor属其实很早已被分离,但近年才逐渐受到关注。随着对多酚黄酮肠道菌群相互作用的研究深入,人们发现它在黄酮代谢中具有关键作用,因此相关研究不断增多。

其核心特点是能够裂解黄酮类化合物的C环,将大分子黄酮转化为更小的酚酸,这些小分子更易被机体吸收并发挥生物活性。因此,它在植物化学物代谢过程中具有重要意义。

2
分类定位

解黄酮菌属(Flavonifractor)在细菌分类学上的位置:

-门:厚壁菌门(Firmicutes)

-纲:梭菌纲(Clostridia)

-目:梭菌目(Clostridiales)

-科:毛螺菌科(Lachnospiraceae)

-属:解黄酮菌属(Flavonifractor

这个属目前最主要的种,也是研究最多的,就是 Flavonifractor plautii。我们日常说肠道里的Flavonifractor,基本上就是指这个种

3
核心特征

Flavonifractor有这些重要特点:

✔革兰氏染色:大部分该属细菌细胞壁为厚肽聚糖层,本质上是革兰阳性菌;但在临床标本和长期培养中常呈“革兰可变/假阴性”

✔需氧性:只能在无氧环境生长,在有氧环境下会迅速失活,大肠下段环境适合它。

✔不产生芽孢:不会形成芽孢,对环境抵抗力一般

✔细胞形态:直或轻度弯曲的杆菌,长度约2–10μm,单个或有时候成双或短链排列

✔运动性:目前证据表明F.plautii不具鞭毛,为非运动性

✔温度与pH:最适生长温度为37℃(与人体肠腔一致);生长pH范围约5.5–9.0,最适pH在6.0–7.5之间,符合结肠弱酸–中性环境。

✔黄酮代谢—产短链脂肪酸:其核心功能是能够代谢黄酮类化合物(名称由此而来),并具备产生短链脂肪酸(尤其是丁酸)及其他代谢物的能力。

4
在健康人肠道的丰度

Flavonifractor高流行度、低丰度肠道共栖菌:在16S rRNA 或宏基因组数据集里,检出率很高(多数人有或可检出其属级信号),但在总菌群中通常只占0.1– 3%不等。

<来源:谷禾健康肠道菌群检测数据库>

-检出率可超过90%

-相对丰度一般在0.1%—3%这个范围。(儿童粪便中的检出率和检出丰度会更高一些)

-饮食中多酚/黄酮类摄入高(如绿茶、蔬果丰富、某些亚洲饮食模式),丰度会高一点

-长期低黄酮饮食,丰度会低一点

-它属于毛螺菌科,毛螺菌科整体占肠道细菌10%-30%,Flavonifractor占其中一小部分。

5
核心:如何代谢黄酮类化合物

✔ 分解黄酮C环,这是它的绝活儿

黄酮类化合物是植物中的一大类多酚,结构中含有C环。多数细菌无法裂解该环,因而难以利用黄酮。

Flavonifractor的独特之处在于其能够催化黄酮C环的还原裂解,将大分子黄酮分解为更小的酚酸类产物。

这一过程至关重要,因为大分子黄酮不易被肠道吸收,而分解后生成的小分子酚酸更易进入血液,从而发挥抗氧化、抗炎等生物学作用。

因此,黄酮的吸收与功效在很大程度上依赖于Flavonifractor的作用

✔ 主要代谢产物

Flavonifractor分解黄酮后,产生这些主要产物:

-对羟基苯丙酸;

-对羟基苯乙酸;

-其它小分子酚酸。

这些产物很多都有生物学活性,比如抗氧化、抗炎、抗菌。所以Flavonifractor本身不直接发挥作用,它通过活化植物黄酮发挥作用。

✔ 和其他细菌协作完成黄酮代谢

黄酮代谢不是Flavonifractor一个细菌就能完成的。它需要和其他细菌配合

第一步:其他细菌先进行初步修饰,如去除糖苷键释放苷元

第二步:Flavonifractor随后还原裂解C环,生成小分子酚酸

第三步:其他细菌进一步代谢这些酚酸,形成最终产物。

因此,它是黄酮代谢链中的关键环节;缺少它,代谢难以完成,黄酮也无法被充分活化。

✔ 它和哪些细菌一起生长?

研究发现,Flavonifractor丰度较高的人群通常也富含多酚利用菌,二者协同完成植物化学物的代谢过程。

此外,它还能与产丁酸菌共存,因为双方都偏好富含膳食纤维和植物化学物的环境。

6
尿酸代谢的特殊关系

近年研究发现,Flavonifractor plautii能分解嘌呤产生尿酸。这个发现直接把它和痛风联系起来。

具体来说,它能利用嘌呤核苷,释放出游离尿酸。所以它丰度太高,会增加肠道尿酸产生,升高血尿酸水平增加痛风风险

这是近年一个非常重要的发现,直接把一个肠道细菌和一个常见病联系起来。

02
正常丰度下,Flavonifractor对健康的作用

正常丰度范围内存在的Flavonifractor,一般来说对人体健康是有益的,并能够发挥一些积极作用

▸ 促进黄酮利用吸收

Flavonifractor分解黄酮,生成可吸收的活性产物,从而发挥其抗氧化、抗炎作用,对黄酮功效至关重要。

膳食中的黄酮多为糖苷形式且分子较大,难以直接吸收;若Flavonifractor丰度不足,裂解不充分,黄酮难以完全活化,其效果也会降低

▸ 参与代谢和维持肠道稳态

✔参与膳食纤维和植物化学物代谢:丰富的膳食纤维多酚需要很多细菌协作分解,它是其中重要一员。

✔维持肠道生态多样性:它是正常菌群的一员,增加生态多样性,多样性是健康的基础。

✔能量回收:分解利用植物大分子,产生小分子能被宿主利用,回收一部分能量。

因此,正常丰度的Flavonifractor有助于维持肠道功能,并可能对部分疾病具有改善作用

▸ 改善便秘

✔ Flavonifractor与便秘风险呈负相关

通过孟德尔随机化分析发现,Flavonifractor便秘风险负相关关系,即其丰度较高时,可能有助于降低便秘发生的风险。

从机制上看,Flavonifractor作为肠道菌群的一部分,参与整体微生态平衡的维持。当其处于合适水平时,有助于优化肠道环境,从而间接促进肠道蠕动排便功能的正常运行。

▸ 减轻肥胖

Flavonifractor是肠道健康的重要菌群,其含量肥胖呈负相关

口服Flavonifractor plautii减轻肥胖脂肪组织的炎症反应,F.plautii可能参与抑制炎症环境中的TNF-α表达。

▸ 可能保护前列腺癌

PRACTICAL 和 FinnGen 联盟汇总的数据结果表明,Eubacterium fissicatenaOdoribacter前列腺癌风险增加有关。相反,Adlercreutzia、Roseburia、Holdemania、FlavonifractorAllisonella属则可能是预防前列腺癌的潜在保护因素。

▸ 减轻过敏与免疫反应

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影响因子:5.085

研究发现,口服F.plautii抑制小鼠的Th2免疫反应降低IgE水平,同时促进调节性T细胞及特定树突状细胞的增加,这些变化共同提示其可能具有缓解过敏样反应的作用。

▸ 可能减轻急性肾损伤风险

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影响因子: 3.37

一项研究及遗传因果推断结果提示,某一Flavonifractor亚型与急性肾损伤(AKI)风险的降低存在相关性,同时在临床队列研究中,该亚型还与更好的肾功能状态以及更低的死亡率呈相关关系。

▸ 缓解结肠炎

个别研究报道,口服 Flavonifractor plautii可通过抑制 IL-17 信号传导促进小鼠急性结肠炎的恢复

03
丰度异常:升高和降低分别和哪些疾病相关?

虽然正常丰度的Flavonifractor对人体有益,但当其丰度过高或过低时,可能对健康产生不良影响

下面分别来看其升高和降低哪些疾病相关

Part 1
丰度升高,和这些疾病相关

1

提升痛风概率

这是目前证据最强的关联。

研究发现痛风患者肠道中Flavonifractor plautii丰度显著升高。它能分解嘌呤核苷产生尿酸,肠道尿酸吸收增加,导致血尿酸升高

研究还发现,降低它的丰度能减少血尿酸产生,帮助降尿酸。这个发现打开了痛风治疗新方向,就是通过调节肠道菌群降尿酸

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2025年另一项研究进一步验证,在无症状高尿酸血症患者,也看到Flavonifractor丰度升高。所以这个关联比较确定。

✔ 机制深入解读:Flavonifractor怎么影响尿酸

很多人会问,为什么肠道细菌会影响尿酸

我们每天吃进去的食物,含有很多嘌呤核苷。这些核苷消化吸收不完全,到达结肠。Flavonifractor分解这些嘌呤核苷,把嘌呤释放出来,嘌呤进一步分解产生尿酸。尿酸在结肠被吸收进入血液,增加整体血尿酸水平

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如果Flavonifractor丰度高,分解产生更多尿酸,血尿酸就容易升高。如果你本来就有痛风,这个影响就更明显。

这个机制是2023年科学家明确发现的,现在已经被多项研究重复证实。所以痛风患者调节Flavonifractor丰度,是有科学依据的辅助治疗方法。

2

结直肠癌患者中丰度升高

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影响因子:6.633

多项研究发现,结直肠癌患者肠道中Flavonifractor丰度显著升高

✔ 为什么它和结直肠癌相关?可能的机制:

•首先,F.plautii是一种能够降解黄酮类化合物的肠道细菌,而黄酮类物质通常具有抗炎、抗氧化及潜在抗肿瘤作用。其对黄酮的降解可能削弱这些保护性作用,从而为肿瘤发生创造有利环境。

•其次,该菌在结直肠癌患者肠道中呈现相关性变化,提示其参与肠道微生态失衡,而这种菌群失衡已被认为是结直肠癌的重要影响因素之一。

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目前机制还在研究,但是关联已经被多项研究证实。

3

慢性肾病、尿结石

由于Flavonifractor会增加尿酸的水平,所以研究人员认为其丰度过高慢性肾病泌尿道结石存在关联,且研究证实了这一点。

✔ 慢性肾病个体中丰度更高

根特大学医院招募的 110 名非慢性肾病和慢性肾病患者,发现Flavonifractor在慢性肾病个体中的水平高于非慢性肾病个体。

✔ 尿路结石风险

泌尿道结石可引起一系列并发症,如尿路阻塞、感染、不适以及对肾脏的潜在不可逆损害。

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一项双向双样本孟德尔随机化研究显示,Flavonifractor属丰度增加(IVW OR = 0.69,95%CI 0.53-0.91,P = 8.57 × 10-3)与尿路结石形成风险之间存在因果关系。

4

双向情感障碍中丰度增加

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影响因子:6.633

在新诊断双相情感障碍(BD)患者中,Flavonifractor的检出率显著高于健康对照(约65% vs 39%),提示其与疾病存在关联,且BD患者更可能携带该菌

5

抑郁症中丰度升高

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多项研究表明,在抑郁症人群中Flavonifractor丰度检出率升高。常伴随抗炎有益菌(如Faecalibacterium减少,提示菌群结构向不利状态转变。

✔ 可能机制:

•促进炎症反应:Flavonifractor增加与促炎菌群特征相关,可能通过增强低度全身炎症,参与抑郁症发生发展。

•削弱抗炎保护:其升高常伴随抗炎菌减少,打破肠道免疫平衡,使炎症信号更易通过“肠-脑轴”影响中枢神经系统

•多酚/黄酮代谢:Flavonifractor可降解具有抗氧化和神经保护作用的黄酮类物质,可能削弱抗氧化能力,促进氧化应激,而氧化应激与抑郁密切相关。

•肠-脑轴调控:通过影响肠屏障功能、代谢产物及免疫信号,间接调节神经递质系统(如5-HT)和脑功能,从而影响情绪和认知

6

糖尿病肾病中增加

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一项研究发现,2型糖尿病患者Flavonifractor丰度显著高于健康对照。它丰度升高和胰岛素敏感性下降糖调节异常增加相关。

✔ 糖尿病肾病患者中Flavonifractor也增加

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影响因子:3.998

此外,糖尿病相关肾病患者中也发现Flavonifractor水平进一步改变。其可能机制包括:

•代谢通路调节:Flavonifractor可降解黄酮/多酚类物质,过度代谢可能削弱其抗氧化、抗炎作用,加重氧化应激与代谢紊乱,从而促进肾损伤

•炎症与毒素相关通路:糖尿病肾病(DKD)人群中伴随细菌毒素相关功能增强,提示包括Flavonifractor在内的菌群变化可能促进低度炎症和内毒素负荷。

•肠-肾轴作用:菌群失衡可能影响肠屏障功能,增加有害代谢产物入血,进而损伤肾脏

Part 2
丰度降低,和这些疾病相关

1

自闭症患者中丰度降低

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影响因子: 3.727

在该研究中发现,Flavonifractor自闭症谱系障碍(ASD)组中的平均相对频率为0.07%,而在对照组中为0.68%,表明丰度在ASD儿童中显著减少

文献进一步指出,物种Flavonifractor plautii在ASD组中的丰度为0.05%,在对照组中为0.61%,同样显著降低(p < 0.05)。物种水平比较共识别出11个丰度差异显著的物种,Flavonifractor plautii是其中之一。

✔ 可能机制:

•代谢途径扰动:通过PICRUSt功能预测,ASD儿童的肠道微生物群显示多条代谢途径显著减少,包括赖氨酸降解色氨酸代谢Flavonifractor可能参与短链脂肪酸(SCFAs)或其他代谢物的生产,其减少可能导致SCFAs水平变化,进而影响肠道屏障功能神经炎症

•免疫和炎症关联:功能预测中,ASD儿童唯一富集的模块是“细胞抗原”,提示免疫应答异常Flavonifractor的减少可能削弱微生物群对肠道黏膜的维护作用,加剧免疫失调,这与文献中提到的ASD儿童常伴随胃肠道症状(如肠漏症)一致。

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•与其他菌属的相互作用:Flavonifractor的减少与多个有益菌(如Akkermansia muciniphila)的降低同步出现,可能共同导致微生物群生态失衡

注:ASD儿童肠道微生物群的变化具有个体差异性,这可能意味着Flavonifractor的减少在部分儿童中更为显著,进而通过肠脑轴影响ASD严重程度

2

心血管疾病患者中减少

一些研究发现,心血管疾病患者Flavonifractor丰度降低。因为心血管疾病患者常常黄酮摄入不足,所以它丰度低

黄酮活化减少,抗氧化抗炎作用减弱,可能加重心血管疾病进展

✔ Flavonifractor plautii 改善动脉硬化程度

人类粪便宏基因组测序显示,在正常对照组中,F.plautii丰度显著较高,并在微生物群落中处于中心地位,而在动脉僵硬度升高的受试者中,F. plautii缺失。此外,血压只部分介导了F.plautii对降低动脉僵硬度的影响。

正常对照组的微生物组表现出增强的糖酵解和多糖降解能力,而动脉僵硬度增加的受试者的微生物组则以脂肪酸和芳香族氨基酸的生物合成增加为特征。

整合代谢组学分析进一步表明,顺式乌头酸的增加是F. plautii对动脉硬化保护作用的主要效应物,通过抑制基质金属蛋白酶-2的激活,维持弹性纤维网络,缓解动脉功能障碍

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doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.122.321975

04
哪些因素影响Flavonifractor丰度

我们一起来看看,在生活的哪些常见因素,可能会使Flavonifractor水平出现升高或降低的变化情况。

1

饮食因素(最主要)

✔ 黄酮类化合物摄入增加其丰度

这是最主要的影响因素。你吃进去的黄酮越多,Flavonifractor底物越多,它丰度越高。所以长期吃蔬菜水果少的人,它丰度会降低

富含黄酮的食物包括有色蔬果、红茶、绿茶咖啡、黑巧克力浆果等。此外,番石榴、榄仁树皮、葫芦巴籽、芥菜籽、肉桂、红辣椒粉、丁香姜黄豆类也都是类黄酮的良好来源。

✔ 高嘌呤饮食增加其丰度

Flavonifractor分解嘌呤核苷产生尿酸。你吃进去的嘌呤越多,底物越多,它丰度越高。所以高嘌呤饮食会促进它生长。

✔ 膳食纤维摄入

膳食纤维丰富的饮食,一般黄酮也丰富,所以膳食纤维够能维持它正常丰度。膳食纤维太少,它丰度容易降低

✔ 大量酒精摄入会降低其丰度

酒精会改变整体肠道菌群的结构,而其对Flavonifractor的具体影响取决于摄入剂量,一般来说,长期且大量饮酒通常会使其丰度出现下降的趋势。

2

生活方式

✔ 年龄大的丰度反而高

研究发现,年龄越大Flavonifractor丰度越高老年人丰度一般比年轻人高

✔ 运动有助于维持正常平衡

规律运动改善整体菌群多样性,对Flavonifractor影响要看其他因素,运动一般帮助维持正常平衡

3

疾病和药物因素

✔ 炎症性肠病中Flavonifractor减少

活动期炎症性肠病状态下,由于整体肠道菌群发生失调,Flavonifractor的丰度通常会出现明显降低的情况。

✔ 抗生素影响其丰度

抗生素使用会改变菌群结构,对Flavonifractor影响要看抗生素种类,广谱抗生素一般会降低它的丰度

05
结合谷禾健康菌群检测报告,怎么科学管理

现在当你拿到一份菌群检测报告,看到其中关于Flavonifractor的检测结果时,应该如何进行判断以及后续该如何处理,我们一步一步来详细说明。

1

判断丰度是否正常

健康人Flavonifractor正常参考范围:

•0.1% – 0.415%:正常范围,不用特殊干预;

•>0.415%:丰度过高(注:儿童中是>2.778%才为过高)

•<0.1%:丰度过低。

这个范围是基于人群研究总结,具体请以你的检测报告给出的参考范围为准。

2

结合你的健康状况,判断意义

在不同健康状况下,Flavonifractor丰度异常的意义各不相同,主要情况如下:

✔ 痛风或高尿酸血症:Flavonifractor丰度升高,需要进行干预,降低其水平有助于控制尿酸

✔ 结直肠癌:Flavonifractor丰度升高,需要重点关注,通过调整饮食定期复查进行管理。

✔ 糖尿病肾病:Flavonifractor丰度升高,需要干预,以帮助改善胰岛素抵抗

✔ 抑郁症:Flavonifractor丰度升高,需要干预,通过调节神经递质水平改善情绪

✔ 炎症性肠病:Flavonifractor丰度降低,需要从整体上调节肠道菌群,以恢复其正常水平。

✔ 健康人:Flavonifractor处于正常范围,无需干预,保持健康的生活方式即可。

3

针对性干预

如果你的Flavonifractor丰度升高需要降低,该如何应对?这种情况常见于痛风或高尿酸血症结直肠癌及糖尿病肾病。

✔ 饮食调整(核心)

限制嘌呤摄入:减少高嘌呤食物摄入,以降低底物供给。高嘌呤食物比如动物内脏、海鲜、红肉,适当减少。每天嘌呤摄入控制在150毫克以内,这个是痛风患者的标准。

-虽然黄酮对一般人有益,但若痛风且Flavonifractor偏高是否需要限制?不必。黄酮本身具有抗炎作用,对痛风有益,其影响远小于嘌呤,蔬菜水果仍可正常食用,无需担心。

-增加膳食纤维:保证膳食纤维摄入,维持菌群平衡。

-多喝水:帮助尿酸排泄,这对痛风也有好处。

✔ 生活方式

-规律运动:帮助维持菌群平衡,帮助控制体重,体重正常对痛风也有好处。

-戒烟限酒:酒精影响尿酸排泄,也改变菌群,所以要限酒。

✔ 医学干预

-如果您确诊痛风,一定要遵医嘱吃药降尿酸饮食调节和菌群调节是辅助,不能代替药物。

-目前没有特异性抗生素Flavonifractor,也不需要用抗生素,饮食调整就够了。

如果你的Flavonifractor丰度降低需要提升,应如何应对?这种情况常见于炎症性肠病心血管疾病

✔ 饮食调整(核心)

-增加富含黄酮的食物摄入:这是最直接的,给它提供底物,促进它生长。

-每天保证吃够蔬菜水果:特别是有色蔬菜水果,比如蓝莓、草莓、葡萄、紫甘蓝、胡萝卜这些,颜色越深黄酮越多。

-可以适量喝茶:红茶、绿茶,这些茶叶黄酮含量很高。

-适量吃黑巧克力(70%以上可可),黄酮含量也很高。

✔ 生活方式

-规律吃蔬菜水果:养成每天吃蔬菜水果的习惯,持续给它提供底物,慢慢丰度就上来了。

-减少抗生素不必要使用:抗生素会杀它,没事不要乱吃抗生素。

✔ 医学干预

-心血管疾病等:一定要遵医嘱规范治疗,饮食调节菌群是辅助。

-炎症性肠病:规范治疗基础疾病,炎症控制好了,菌群慢慢恢复,丰度也会恢复。

06
具体食物选择清单—可供参考

我们在这帮你整理出了一份清晰明了的清单,你可以直接参考并使用:

Flavonifractor过高,推荐这样吃

✔ 推荐多吃

主食——低嘌呤全谷物:大米、白面、燕麦(嘌呤低,可以提供膳食纤维);

蔬菜——浅色蔬菜为主,深色蔬菜适量(深色蔬菜黄酮嘌呤都高,适量吃没问题,不用完全不吃);

蛋白质——鸡蛋、牛奶、鸡肉、淡水鱼(嘌呤低,满足蛋白质需要);

水果——低果糖水果:苹果、梨、桃子(提供维生素和纤维,嘌呤不高)。

✔ 需要控制少吃

高嘌呤食物——动物内脏、海鲜、红肉、肉汤(嘌呤高,给Flavonifractor提供太多底物);

酒精——啤酒、白酒(升高尿酸,改变菌群);

高糖饮料——含糖可乐、果汁(不利于代谢,改变菌群)。

Flavonifractor过低,推荐这样吃

✔ 多吃

蓝莓、草莓、树莓、紫葡萄:黄酮含量非常高;

紫甘蓝、茄子、胡萝卜、菠菜:黄酮含量高;

苹果、梨、樱桃:黄酮含量中高;

茶——红茶、绿茶:黄酮含量很高;

黑巧克力(70%+可可):黄酮含量高;

咖啡:黄酮含量中等 ;

全谷物——燕麦、藜麦、全麦:黄酮含量中等,同时提供纤维。

✔ 少吃

过度加工食品:缺乏黄酮和纤维;

酒精:改变菌群,降低丰度。

07
常见问题解答——你关心的都在这里

  • Flavonifractor是好细菌还是坏细菌?

它不是好细菌也不是坏细菌,它是正常肠道细菌正常丰度对健康有益,能帮助活化黄酮

丰度太高增加痛风和糖尿病风险,太低和抑郁炎症性肠病相关。所以关键是正常范围,不是它本身好坏。

  • 痛风,Flavonifractor高,是不是一定要吃药降它?

不用。饮食减少嘌呤摄入,减少底物,它丰度慢慢自然降下来。不需要吃药杀它。饮食调整安全有效,是首选。

  • Flavonifractor低,吃很多黄酮就能升上来吗?

多数人能。只要持续每天摄入足够黄酮,给它提供底物,它慢慢就能长上来。这个过程大概需要一两个月

  • 多吃富含黄酮的食物会不会让痛风患者Flavonifractor更高,加重痛风?

不用怕。黄酮带来的好处远远大于底物增加这点影响。而且黄酮本身有抗炎作用,对痛风反而有好处。一般限制嘌呤就够了,蔬菜水果还是要吃。

  • Flavonifractor高一定得痛风吗?

不一定。它是风险因素,不是说高了一定得痛风。痛风发病是多因素,遗传、排泄、饮食都有关系。它高了只是增加风险,提示注意控制嘌呤,定期查血尿酸。

  • 我能直接补Flavonifractor益生菌吗?

目前没有商品化的Flavonifractor益生菌。一般通过饮食调整就能把丰度调到正常,并且饮食调整更安全

  • 多久复查一次菌群比较合适?

饮食调整后,一般两到三个月复查一次。调整正常了,以后一年复查一次就够了。

主要参考文献

Kvernberg J, Rehn M, Johansen IS, Peterslund P, Hansen PM. Flavonifractor plautii: A rare pathogen in sepsis and critical care—A systematic narrative review of literature. Am J Infect Control. 2026 Jan 29:S0196-6553(26)00050-7.

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Coello K, Hansen TH, Sørensen N, Munkholm K, Kessing LV, Pedersen O, Vinberg M. Gut microbiota composition in patients with newly diagnosed bipolar disorder and their unaffected first-degree relatives. Brain Behav Immun. 2019 Jan;75:112-118.

Ogita T, Yamamoto Y, Mikami A, Shigemori S, Sato T, Shimosato T. Oral Administration of Flavonifractor plautii Strongly Suppresses Th2 Immune Responses in Mice. Front Immunol. 2020 Feb 28;11:379.

Wu M, Zhou X, Chen S, Wang Y, Lu B, Zhang A, Zhu Y, Huang M, Wang J, Liu J, Zhu F, Liu H, Lin R. The alternations of gut microbiota in diabetic kidney disease: insights from a triple comparative cohort. Front Cell Infect Microbiol. 2025 Jun 27;15:1606700.

Lu X, Ma J, Li R. Alterations of gut microbiota in biopsy-proven diabetic nephropathy and a long history of diabetes without kidney damage. Sci Rep. 2023 Jul 27;13(1):12150.

Gupta A, Dhakan DB, Maji A, Saxena R, P K VP, Mahajan S, Pulikkan J, Kurian J, Gomez AM, Scaria J, Amato KR, Sharma AK, Sharma VK. Association of Flavonifractor plautii, a Flavonoid-Degrading Bacterium, with the Gut Microbiome of Colorectal Cancer Patients in India. mSystems. 2019 Nov 12;4(6):e00438-19.

Pan Y, Su J, Liu S, Li Y, Xu G. Causal effects of gut microbiota on the risk of urinary tract stones: A bidirectional two-sample mendelian randomization study. Heliyon. 2024 Feb 14;10(4):e25704. 

什么是肠道健康,从主观感受到客观症状的科学共识

谷禾健康

近年来,“肠道健康”已从一个专业的医学术语演变为一个广受关注的社会文化现象。从科学研究到大众媒体,从临床实践日常饮食建议,肠道及其内部的微生物世界正以前所未有的深度和广度影响着我们对健康、疾病乃至自我的认知。

一方面,以国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)为代表的科学界,正努力为“肠道健康”这一模糊概念建立严谨的科学定义和评估框架,强调其在维持整体生理功能中的核心作用。

另一方面,以Netflix纪录片《Hack Your Health: The Secrets of Your Gut》为代表的大众媒体,则将复杂的科学问题简化为易于传播的“生活窍门”,在普及知识的同时也可能催生新的健康焦虑和个体责任论。

本文从科学定义、功能领域、临床实践到文化解读等多个维度,全面、深入地探讨肠道健康的内涵、意义及其在当代社会引发的复杂讨论,以期尽力提供一个更为完整和辩证的视角。

Part1
什么是肠道健康?

“肠道健康”是一个被科学家、医疗保健专业人员、行业和公众广泛使用的短语,用以描述与胃肠道功能相关的广泛健康结果。

尽管这一术语在饮食、发酵食品生物制剂肠道微生物组等研究中被频繁提及,其真正含义却长期缺乏清晰界定。

▸ 肠道健康的重要标准

从历史来看,肠道健康的定义不断演变。早在2011年,德国霍恩海姆大学营养医学研究所教授 ‌Stephan Bischoff 提出了五个关键标准:

1.有效的消化和吸收食物‌;

2.无胃肠道疾病‌(如炎症、感染等);

3.‌维持正常且稳定的胃肠道菌群;

4.保持有效的免疫状态(肠道作为人体最大免疫器官,其功能状态直接影响全身免疫力);

5.‌幸福感‌(包括心理状态与整体生活质量,体现肠脑轴的关联)。

注:该定义跳出了传统对肠道问题(如胃胀、腹泻、便秘)的狭隘理解,从更宏观的角度审视肠道健康,包括免疫功能和身心感受等方面,推动了整个肠道健康和消化健康概念的升级。

这个定义与世界卫生组织(WHO)关于健康不仅仅是“没有疾病”的广义定义相一致,并承认肠道健康是一个复杂的概念,涵盖了从上到下整个胃肠道

▸ 肠道健康是一个多维概念

最近,国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)专家小组指出,“肠道健康”与“胃肠道健康”(gastrointestinal health)是同义词,并且它包含了“消化健康”的概念,尽管后者有时被更狭义地理解为仅指消化过程本身。该术语旨在涵盖从口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠、直肠到肛门整个胃肠道的生理过程和功能。

总之,肠道健康是一个动态且多维的概念,不仅意味着“无病”,还涉及复杂的生理功能、微生物生态、免疫调节以及个体的主观感受。正因其复杂性和重要性,科学界一直致力于提出更精确、更具操作性的定义。

肠道健康的共识定义

为消除“肠道健康”一词的模糊性并给出科学严谨的表述,国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)召集了来自肠胃病学、儿科、家庭医学、营养学、微生物学、免疫学、神经生物学和生理学等领域的临床与科研专家组。经过深入讨论与辩论,该专家组最终达成共识,提出如下定义:

肠道健康是“一种正常的胃肠道功能状态,没有活动性胃肠道疾病,并且没有影响生活质量的肠道相关症状”。

如果我们对该定义提炼,其核心内涵可以从以下几个关键点进行解读:

①正常的胃肠道功能: 肠道作为一个复杂系统所执行的各项生理功能,包括食物的消化、营养的吸收、废物的排泄,以及其作为屏障、免疫器官和内分泌器官的功能。这些功能的正常运作和“合作”是肠道健康的基础。

②没有活动性胃肠道疾病:该共识特别强调“活动性”疾病。也就是说,即便个体被诊断患有慢性胃肠道疾病(如炎症性肠病或乳糜泻),只要在临床和病理学上处于完全缓解期,仍可视为具有肠道健康。此举承认健康与疾病并非截然二元,而是一个可波动的连续状态

③没有影响生活质量的肠道相关症状:这是共识中至关重要的一点,即将个体的主观体验纳入考量。几乎所有人都会偶尔出现腹胀或排便习惯短暂改变等肠道不适,但只有当这些症状在频率、严重程度和持续时间上足以对日常生活、社交活动或心理状态造成负面影响时,才被视为损害肠道健康。这强调了症状的“困扰性”及其对生活质量(QOL)的影响,是判断肠道是否健康的关键。

④风险因素的排除:目前,该定义也将未来健康风险因素(如特定微生物组构成或遗传易感性)纳入考量。尽管人们对这些风险的认识尚不完全,但其存在与否仍应作为评估当前肠道健康状态的依据。

综上所述,ISAPP 共识和 Bischoff 的定义都将个体主观感受(症状和生活质量)与客观生理功能指标相结合,为临床实践和科学研究提供了重要参考框架,并一致强调肠道健康是一个综合状态,而非仅仅某些生物标志物达标。

Part2
肠道健康的意义

关注肠道健康及其微生物的重要性,源于肠道在人体中承担的多重关键功能:它不仅是消化吸收的场所,更是维护全身健康的核心枢纽,其意义可从科学和文化两个层面加以理解。

1
科学层面的重要性:肠道是健康的中枢

从科学角度看,肠道远不止承担消化功能,而是集消化、吸收、屏障、免疫、内分泌和神经调节于一体的复杂器官系统。正如纪录片《Hack Your Health》开篇所言:“我们过去只认为肠道是产生粪便的地方。但事实证明,它正处于一场生物医学革命的中心。”肠道健康的重要性主要体现在以下几个方面:

•营养与能量获取:肠道是食物消化、营养和水分吸收的主要场所,为生命活动提供必需的能量和物质基础。任何消化生理紊乱都可能导致营养不良和水电解质失衡,从而影响生长发育及全身功能

•免疫系统的“训练场”:肠道相关淋巴组织(GALT)是人体最大且最复杂的免疫组成部分,不仅要抵御随食物进入的病原体和毒素,还需对大量食物抗原和共生微生物建立免疫耐受。这一平衡被打破,与食物过敏、乳糜泻和炎症性肠病(IBD)等多种疾病密切相关。

•肠–脑对话的枢纽:肠道通过“肠–脑轴”与中枢神经系统双向沟通,影响情绪、行为、应激反应乃至认知功能。肠道功能紊乱常与焦虑、抑郁等精神问题并存。

•内分泌与代谢调节:肠道内分泌细胞可分泌二十余种激素,参与调节食欲、血糖稳态和新陈代谢。肠道功能失调与肥胖、2 型糖尿病等代谢性疾病密切相关。

2
微生物的革命性作用

近年来,对肠道微生物的深入研究彻底改变了我们对健康的认识。肠道内栖息着数以万亿计的微生物,而之所以需要关注它们,主要在于:

•辅助消化与营养合成:人体无法自行消化部分膳食纤维,需要依赖肠道微生物将其发酵为短链脂肪酸(SCFAs)等有益物质。这些代谢产物不仅为肠上皮细胞提供能量,还对全身健康产生深远影响。此外,微生物还能合成维生素K和部分B族维生素

•塑造和调节免疫系统:自出生起,肠道微生物的定植就在“教育”和塑造免疫系统,帮助其学会区分“自我”与“非自我”,建立免疫耐受。微生物失调被认为与多种自身免疫性和炎症性疾病相关。

•抵御病原体入侵:健康的肠道菌群通过竞争营养、占据黏膜位点和产生抗菌物质等方式形成“定植抵抗”,有效防止外来病原体入侵和过度生长

•影响全身健康:微生物及其代谢产物可经血液循环作用于全身,影响心血管健康、肝功能和大脑发育等。大量研究已将肠道微生物的改变与多种肠外疾病联系在一起。

3
文化层面的意义:健康焦虑与个体责任

在文化层面,对肠道健康的关注反映了当代更广泛的健康话语。在分析纪录片《Hack Your Health》时指出,肠道及其微生物已成为新“健康主义”的焦点,在这一话语中,个体被赋予通过“破解”自身肠道来管理和优化健康的责任。

复杂的科学问题甚至被简化为“计算每周摄入的水果和蔬菜数量”这一简单处方,使饮食成为一种个体化召唤,促使人们最大化摄入以塑造理想的微生物组。

这种对肠道和微生物的高度关注,一方面普及了科学知识、提升了公众健康意识;另一方面也可能将食品可及性、社会经济地位等复杂的系统性问题,简化为个体选择和自律。因而理解肠道健康的意义,不仅要看到其科学重要性,也要审视其在当代文化中的角色。

Part3
肠道健康的功能领域

肠道健康是一个综合性概念,其复杂性可通过将其划分为六个相互关联的功能领域来理解。这些领域作为一个整合系统协同运作,以维持肠道稳态和全身健康

肠道健康的关键功能领域

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Marco ML,et al.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2026

该图展示了肠道内各领域如何相互作用以维持稳态,包括消化、微生物组、肠上皮屏障、免疫、内分泌功能肠–脑轴等。

1
消化生理 (Digestive Physiology)

消化生理是肠道最基本的功能,涵盖食物消化、营养吸收和废物排出,主要通过分泌和蠕动两个过程完成。

•分泌:肠道每天分泌约7升液体,其中含有消化酶、黏液、酸和缓冲液,用于分解食物、润滑肠道和保护肠壁。这些分泌物的精细调控对营养吸收和水电解质平衡至关重要,失调可导致腹泻或吸收不良。

•蠕动:肠道肌肉的协调收缩将内容物推向远端,使其与消化酶充分混合,并最终排出废物。蠕动过快或过慢都会引起腹泻、便秘、腹胀和恶心等症状。肠道蠕动受肠神经系统、激素和中枢神经系统的共同调控。

2
肠道微生物组 (Gut Microbiome)

在过去二十年中,肠道微生物组被视为健康的重要调节者,并通过多种途径影响宿主:

•代谢功能:微生物发酵膳食纤维,产生丁酸、丙酸和乙酸等短链脂肪酸(SCFAs),为肠上皮细胞提供能量,调节免疫功能,并影响全身代谢。

•屏障支持:微生物及其代谢产物有助于维持肠道屏障完整性,调节黏液层生成紧密连接蛋白的表达。

•免疫调节:微生物组与宿主免疫系统持续“对话”,既促进免疫耐受,又帮助抵御病原体。健康的微生物组是维持免疫平衡的关键。

然而,由于个体间差异巨大且受年龄、地理、饮食等多种因素影响,“健康的肠道微生物组”难以精确定义。目前,仍需依托大规模、广覆盖的人群数据,才能将个体微生物组分析发展为可靠的健康风险评估指标或疾病预测工具

3
肠上皮及其功能

肠上皮是一层单细胞层,是连接肠腔与体内环境关键屏障,其主要功能包括:

•物理屏障:上皮细胞通过紧密连接蛋白(如 occludin、claudins)相互连接,形成选择性通透屏障,防止细菌、毒素等有害物质进入血液;其上方的黏液层是第一道防线

•化学屏障:潘氏细胞和肠上皮细胞分泌防御素等抗菌肽(AMPs),以调控肠腔内微生物的数量和组成。

•选择性吸收:上皮细胞表面的多种转运蛋白负责高效吸收营养物质水和电解质

肠道屏障功能受损已被证实与多种炎症性和自身免疫性疾病相关。但需注意,目前“肠漏”概念在媒体和部分文献中被明显泛化和滥用。

4
免疫系统

肠道相关淋巴组织(GALT)是人体最大的免疫器官,其核心功能是在防御和耐受之间取得平衡。

•免疫耐受:GALT 需对来自食物和共生微生物的大量无害抗原保持不反应状态,即“口服耐受”。这一过程主要由调节性T细胞特定树突状细胞介导,其丧失是食物过敏乳糜泻等疾病的基础。

•免疫防御:病原体入侵时,GALT 通过模式识别受体感知威胁,快速启动炎症反应激活巨噬细胞、效应T细胞等清除感染。分泌型 IgA(sIgA)是黏膜免疫关键分子,可中和毒素并阻止病原体黏附。

5
肠道内分泌功能

肠上皮中散在分布的肠内分泌细胞(EECs)可感知肠腔内的营养物质和微生物代谢产物,并分泌多种激素,充当“化学信使”。

•调节消化与食欲:胆囊收缩素肽YY(PYY)可减缓胃排空并产生饱腹感胃饥饿素则刺激食欲。

•调节血糖:胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(GIP)是重要的“肠促胰岛素”,进食后可促进胰岛素分泌,帮助控制血糖;GLP-1 也是当前热门减重药物的靶点。

•维持肠道稳态:GLP-2 促进肠上皮细胞生长与修复,维持屏障功能

6
肠-脑轴

肠-脑轴是连接肠道与大脑的复杂双向通讯网络,整合来自肠道的各种信号,并影响全身的生理和心理状态

•信号通路:通讯通过多种途径进行,包括迷走神经(最直接的神经通路)、血液循环(激素和代谢产物)以及免疫系统(细胞因子)。

•功能影响:肠-脑轴调节肠道的感觉、蠕动和分泌功能;反过来,肠道信号可影响大脑的情绪、压力反应、疼痛感知和行为。压力是肠道症状的常见诱因,而肠道菌群的改变也被证明会影响宿主情绪和行为

小结

六大功能领域紧密交织,共同构成了肠道健康的生理基础。任何一个领域的失衡都可能引发连锁反应,最终表现为影响生活质量的症状或疾病

Part4
症状与肠道健康的关联分析

在 ISAPP 的共识定义中,“影响生活质量的肠道相关症状”是判断肠道健康受损的核心标准之一。这意味着个体的自我感受主观报告评估肠道健康时至关重要。肠道相关症状在全球极为普遍,但并非所有症状都等同于“不健康”。

1
常见肠道症状及其普遍性

世界各地的调查显示,很大一部分健康人群会经历各种肠道症状

例如,中华中医药学会肛肠分会基于全国68906名18岁及以上城乡居民开展的流行病学研究显示,肛肠相关疾病的患病率高达50.10%。同时,中国的肠易激综合征(IBS)患者中,64%的患者主要症状为反复腹痛,44%的患者主要症状为腹胀,这反映了腹胀和腹痛作为最常见肠道症状的广泛性。

一项在荷兰的研究发现,26%的成年人有肠道症状,其中最常见的是腹胀、肠鸣和胀气

在美国,14%的成年人在过去7天内经历过腹胀

在瑞典,27%的人报告有烧心,22%有反酸

丹麦一项对超过5万名献血者的调查显示,68%的人在过去4周内至少经历过13种胃肠道症状中的一种。

这些数据表明,偶尔的肠道不适是正常生理现象的一部分。

2
何时症状具有“显著性”?

关键在于区分正常的生理性不适与提示健康问题的病理性症状。研究人员指出,判断症状是否“显著”应遵循以下原则:

•频率、严重程度和持续时间:偶发、轻微且可自行缓解的症状通常不被视为健康问题;而频繁发生、程度较重持续时间长的症状则需警惕。例如,罗马 IV 标准将每周至少1天的腹痛视为肠易激综合征(IBS)的核心症状之一。

•对生活质量(QOL)的影响:这是最关键的衡量标准。如果某一症状(或一组症状)的困扰足以影响日常活动、工作效率、社交关系或情绪,并因此需要就医、用药或引发明显烦恼和焦虑,即可认为损害了肠道健康

•症状与功能的脱节:症状严重程度客观的肠道功能或病理改变往往并不一致。例如,IBD 患者在炎症活动期可能无明显症状,而症状显著的 IBS 患者却可能检测不到病理或功能异常,这凸显了重视患者主观报告的重要性。

•特定情境下的症状:许多症状与特定情境相关,如进食后的消化不良、旅行时的便秘或月经期的腹胀和排便改变,一般被视为生理反应,除非其频率或严重程度异常增加。

3
常用症状评估工具

为了使症状报告更加标准化和可比,临床和研究中开发了多种评估工具:

•布里斯托大便分类法 (Bristol Stool Form Scale, BSFS): 这是一种广为接受的图文工具,将大便形态分为7类,从硬块状(1型,便秘)到水样(7型,腹泻)。

它为评估肠道传输时间提供了一个简单、可靠的替代指标。在大部分人群中,3-5型通常被认为是正常的。在谷禾的粪便检测时样本绑定信息也将布里斯托大便分类纳入信息录入,也是为了辅助更好的肠道菌群分析。

•完整自发性排便: 这个概念用于描述一次无需药物刺激且感觉排便完全的排便。它已成为便秘相关疾病临床试验的重要终点指标,正常范围通常在每周3到21次之间。

•经验证的症状问卷: 针对特定疾病(如IBS、功能性消化不良)或症状(如腹痛、腹胀)开发了多种经验证的问卷,用于量化症状的频率严重程度及其对生活质量的影响。

•肠道菌群检测:通过整合16S rRNA基因测序、宏基因组学、代谢产物检测等多模态数据,全面评估个体肠道菌群的α/β多样性、物种组成、功能基因通路与代谢特征,并将其与代谢、炎症、免疫、神经等系统的全身健康风险进行关联分析。

基于结构化报告框架(包含基本信息、菌群全景、功能通路解读、分层风险评估、个性化干预建议与动态监测计划),输出临床可行的分层风险等级与时间尺度明确的干预方案。

谷禾健康通过与大规模人群肠道菌群队列数据库进行实时对标,采用以下策略确保检测结果的准确性与临床适用性:

  • 基准映射:将个体菌群特征与大队列基线数据进行百分位数排名与相对健康评分;
  • 模型迁移与再校准:定期基于新增队列数据进行模型参数优化与临床阈值重新校准;
  • 字段标准化:确保不同检测周期间的数据可比性与指标一致性;
  • 滚动更新机制:按季度/年度更新风险分层阈值、功能通路库与干预证据库,确保与最新科学共识同步。

总之,患者报告的症状肠道健康评估中不可或缺的一环。它提醒我们,健康不仅仅是客观指标的集合,更是个体对自身状态的综合体验。

同时,关注多维度的客观指标同样至关重要——患者的主观症状往往是微生态失调的早期预警信号,将主观体验与客观检测相结合,通过症状改善与生物学指标恢复的协同评价,对于临床诊断和个体健康管理都至关重要。

Part5
肠道健康的案例

纪录片《Hack Your Health: The Secrets of Your Gut》通过展示四位具有不同饮食习惯和健康困扰的普通人案例,生动地说明了肠道微生物组独特性及其与个体生活方式的密切关系。这些案例为我们提供了一个观察当代肠道健康话语如何应用于具体个体的窗口

四位参与者——Maya、Daniell、Kimmie和Kobi——代表了与食物和饮食相关的不同谱系,从强迫性、限制性到无节制的饮食模式,这些习惯其实也是塑造他们独特的肠道微生物组的重要因素。

厌食症和健康食品痴迷症

Maya有厌食症和健康食品痴迷症的病史,除了蔬菜外,吃任何东西都会胃痛。痴迷于健康文化,试图通过每月花费100美元购买补充剂来“修复”她与食物的关系。

在接受微生物组测试后,发现她的肠道“相当健康”,这归功于她吃的蔬菜。然而,专家们建议她需要增加微生物多样性。她的案例被用来展示科学如何“破解”一个看似健康的肠道,使其变得“更优”。

患有慢性肠道疼痛

Daniell是患有慢性肠道疼痛的博士生,将食物与“焦虑、疼痛和不适”联系在一起。她将自己日益严重的病情归因于大学期间食用大量糖果和甜点。如今,她的饮食被限制在10到15种食物之内,并对如何培养“健康的肠道微生物组”感到困惑和无助。

在纪录片中,Daniell没有接受测试,研究人员推测这可能是因为她狭窄的食物耐受范围使得采纳“ABC饮食法”(Always Be Counting,总是计算蔬果种类)变得不切实际。她的案例最终被用来反衬“精准饮食建议”的优越性。

无法减肥

Kimmie是一位非裔美国企业家,尽管尝试了节食、健身和减肥药,但仍被归为“病态肥胖”。微生物组测试结果显示,她的微生物组多样性较低,并且完全没有普氏菌(Prevotella),这种细菌与植物性饮食有关,能产生饱腹感的肠道激素。

研究人员将此解释为她难以减肥和总感觉饥饿的原因。她被给予的处方是“ABC饮食法”,即计算每周摄入的蔬果种类,目标是20-30种。她的案例被用来论证,通过“了解科学”,个体可以找到解决自身健康问题的方案。

感觉不到饥饿

Kobi在他的职业生涯中吃掉了近万个热狗,并因此失去了饥饿感和饱腹感。他将身体的损伤归咎于“像美国人一样吃饭”。然而,测试结果却出人意料地显示他的肠道菌群“看起来不错”,专家将其归因于他的基础饮食是“正常的健康日本饮食”。

为了解释他缺乏食欲的问题,专家们对他进行了脑部MRI扫描,结论是他的大脑已经习惯了比赛模式。Kobi的案例被用来强调,即使在极端的饮食行为下,一个“好”的基础饮食也能保护肠道微生物,并将问题最终归结为大脑的神经回路。

Part6
肠道健康的饮食决定因素

饮食是影响肠道健康最直接、最重要的因素之一。它通过微生物组依赖和非依赖的途径,深刻地影响着肠道的各项功能。无论是ISAPP的科学共识,还是《Hack Your Health》的文化叙事,都将饮食置于核心地位

全面的肠道健康概念

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Marco ML,et al.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2026

该图展示了多种决定因素(包括饮食)如何通过影响功能领域,最终表现为患者的症状和指标

1
单一营养素和食物成分

•膳食纤维:膳食纤维是调节肠道健康最重要的因素之一。流行病学研究表明,纤维摄入与排便频率正相关,并可降低憩室炎结直肠癌风险;补充纤维还能改善便秘和 IBS 症状

其主要机制是为肠道微生物提供“食物”,经发酵产生短链脂肪酸(SCFAs),从而滋养肠道细胞、调节免疫并维持屏障功能

•脂肪:高脂饮食常被认为会加重胃肠道不适。对功能性消化不良和 IBS 患者而言,高脂餐分别会加剧其上、下消化道症状

•食品添加剂:部分临床前研究表明,乳化剂等食品添加剂可能对微生物组和肠道屏障造成不利影响,其对人类疾病风险的具体作用仍在研究中。

2
食物类别和饮食模式

•肉类:过量摄入红肉和加工肉结直肠癌风险升高相关,但证据强度仍有争议。这一关系较为复杂,需要同时考虑肉类本身、烹饪方式以及肉食者饮食中可能缺乏的其他食物(如纤维、蔬菜)等多种混杂因素。

•植物性饮食模式:地中海饮食和富含植物的饮食因多酚和纤维含量高,被认为有利于肠道健康。它们与富含纤维降解菌的微生物群及较低水平的炎症标志物(如 IL-6 和 CRP)相关,可能降低 IBD 和结直肠癌风险。

•低FODMAP饮食:对 IBS 患者而言,限制可发酵的寡糖、双糖、单糖和多元醇(FODMAP)的饮食可明确缓解症状。但这种模式也可能减少被视为有益的双歧杆菌数量,体现了不同肠道健康目标之间的潜在权衡。

3
“ABC饮食法”:一种简化的饮食处方

纪录片《Hack Your Health》给出的核心饮食建议是“ABC,Always Be Counting”,即“总是计算每周吃了多少种水果和蔬菜”,并推荐每周摄入 20–30 种。其科学依据在于,多样化的植物性食物可提供更多类型的纤维和多酚,从而支持更具多样性的肠道微生物组,而微生物多样性通常被视为健康标志

然而,有研究人员对此提出不同意见。他们认为,“多吃蔬果”本身是合理的,但“ABC”口号将复杂的饮食科学简化为数字游戏,制造新的饮食焦虑,并把责任完全归咎于个人,忽视了许多人难以长期获得且负担得起如此多样化新鲜农产品的社会经济现实。

4
饮食反应的个体化差异

一个重要事实是,个体对饮食干预的反应具有高度异质性。即便在严格控制的饮食研究中,不同人对同一食物的血糖反应微生物组变化截然不同

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这种差异可能由遗传背景基线微生物组构成生活方式等多重因素共同决定。例如,基线膳食纤维摄入较高者在补充纤维后,其双歧杆菌增殖反应通常更显著。这说明并不存在“一体适用”的最佳饮食方案,未来的饮食建议亟需更强的个体化

Part7
肠道健康的其他决定因素

饮食这一核心因素外,多种生活方式环境因素也会深刻影响肠道健康。它们共同构成复杂的“暴露组”,并与遗传等内在因素相互作用,一同塑造肠道功能状态及其微生物组成

1
运动

运动与更高的肠道微生物多样性相关,规律体力活动可能有益于某些肠道疾病,如改善便秘和 IBS 症状

• 运动和肠道健康可以相互促进

运动还能加速胃排空,并在某些情况下降低结肠癌风险。更有趣的是,这种关系可能是双向的。临床前研究表明,特定肠道菌群模式可通过影响大脑中与运动相关的区域而改变运动表现

例如,细菌产生的脂肪酸酰胺可激活肠神经系统中的内源性大麻素受体,增强运动过程中的神经元活动,并通过多巴胺通路提升运动能力。这提示存在一个正向反馈循环:运动促进肠道健康,而健康的肠道又可能提高运动的意愿和表现。

2
压力

压力是肠道症状的常见触发因素,也是肠–脑互动障碍(DGBI)的重要风险因子。通过肠–脑轴,心理压力可直接影响肠道生理,导致蠕动异常、内脏高敏感和炎症反应。早期生活压力对成年后肠道健康具有长期影响,可能使个体更易感受腹痛等症状。

• 压力可通过肠脑轴影响肠道炎症及菌群组成

慢性心理压力还与肠道炎症及经肠神经系统介导的动力障碍相关。与此同时,压力敏感的神经回路会改变肠道微生物组组成。例如,急性压力可增加细菌来源的色胺,其通过作用于肠道肌肉和上皮细胞受体,进而改变分泌与蠕动功能。

3
药物

多种药物都会显著影响肠道健康,其中最典型的是抗生素。抗生素在杀灭病原菌的同时,也会无差别清除大量共生菌,导致微生物组失调,引发腹泻,并增加艰难梭菌等病原体感染风险。

• 抗生素对肠道微生物群有明显影响

长期或反复使用抗生素还可能对微生物组造成持久改变。除抗生素外,质子泵抑制剂(PPIs)、非甾体抗炎药(NSAIDs)、二甲双胍等药物也被证实会影响肠道微生物的组成与功能。

4
遗传

宿主遗传背景在塑造肠道微生物组及其对环境因素的反应中发挥一定作用。尽管环境因素(尤其是饮食)影响更大,但遗传可改变免疫反应方式、肠道屏障结构以及对特定营养素的代谢能力,从而间接决定哪些微生物能在肠道中“安家”。

例如,与炎症性肠病相关的遗传变异就可能影响宿主与微生物的相互作用。

5
早期生活暴露

生命早期的经历对肠道微生物组的建立和长期健康至关重要。分娩方式(顺产 vs. 剖宫产)、喂养方式(母乳 vs. 配方奶)、早期抗生素使用以及生活环境(如接触宠物、生活在农场)等,都会显著影响婴儿肠道菌群的初始定植和演替。

顺产和母乳喂养通常被认为更有利于形成健康的初始菌群。这些早期印记可能对一生的免疫发育和疾病易感性产生持久影响。

6
其他生活方式和环境因素

吸烟与口腔和结肠微生物组的不良变化相关,并可能参与多种胃肠道疾病的发病机制。睡眠和昼夜节律也可通过肠–脑轴影响肠道功能和微生物组。

此外,环境微生物暴露(如居住地的城市化程度和卫生条件)同样在塑造肠道生态系统

总之,肠道健康是多种因素共同作用的结果。任何旨在改善肠道健康的干预,都应综合考虑这些复杂决定因素,而非只聚焦单一方面

Part8
临床实践中的肠道健康

临床医生而言,将肠道健康理念应用于日常实践,意味着要超越传统疾病诊疗模式,以更全面的视角评估和管理患者。ISAPP 提出的共识定义和框架为临床实践提供了重要指导。

1
从“疾病为中心”到“患者为中心”

传统胃肠病学实践主要聚焦于发现和治疗器质性疾病,而肠道健康理念则鼓励医生更多关注患者的功能状态和生活质量。这意味着:

•优先考虑患者报告的结局:在大多数情况下,应将对患者真正重要的结局(如症状缓解、生活质量提升)置于单纯针对疾病或生物标志物的结局之上。强调功能和生活质量的肠道健康定义与这一以患者为中心的理念高度一致。

•区分正常变异与异常:临床医生需能识别正常生理波动(如偶发腹胀)与提示潜在健康问题的异常症状。这主要依赖对症状频率、严重程度、持续时间及其对生活影响的细致评估。

•整体性评估:肠道健康理念鼓励初级保健医生和专科医生采用更全面的方法,将营养、生活方式、肠道菌群和心理状态等因素一并纳入评估,而非仅聚焦于单一诊断。

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临床实践中与肠道健康相关的特征

在临床实践中,与良好肠道健康相关的临床特征可归纳如下表:

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跨学科合作的重要性

实现肠道健康通常需要多学科合作。胃肠病学家、初级保健医生、营养师和心理学家等应携手为患者提供综合管理方案:胃肠病学家利用专业知识完成必要检查以排除器质性疾病,营养师提供个体化饮食建议,心理学家则帮助患者应对与症状相关的压力和焦虑

4
应对误解和不实信息

在临床实践中,患者乃至医生常被大量关于肠道健康的似是而非信息和误解所困扰。ISAPP 的共识声明强调,专业人士、科研人员和临床医生有责任向公众和患者澄清这些问题,例如说明“肠漏”概念的局限性,或指出当前微生物组检测在临床应用中的不足。

对肠道健康给出清晰的定义,并讨论现有评估指标的局限性,是应对不实信息的重要工具。

总之,将肠道健康理念融入临床实践,要求医疗服务提供者采取更全面、更协作且更以患者为中心的方式,帮助患者获得并维持功能良好且无困扰症状的胃肠道状态。

Part9
如何识别肠道问题|预警信号和生物标志物

识别肠道问题需结合主观症状报告客观医学评估。尽管目前尚无单一的“肠道健康测试”,但通过关注特定预警信号并利用现有生物标志物,可在一定程度上评估肠道功能并识别潜在问题

1
早期预警信号:关注症状变化

如前所述,持续影响生活质量的症状是识别肠道问题的首要线索。以下是需特别关注的症状或变化,可能提示需要进一步医学评估:

•排便习惯持续改变:无法解释的慢性腹泻、便秘,或二者交替出现。

•便血或黑便:消化道出血通常是需立即就医的警示信号。

•不明原因的体重下降:在未刻意节食或增加运动量的情况下体重明显减轻。

•持续性腹痛:腹痛严重、持续存在或夜间加重。

•吞咽困难或吞咽时疼痛。

•不明原因的贫血:尤其是缺铁性贫血,可能与慢性消化道失血相关。

•家族史:有结直肠癌、炎症性肠病(IBD)等胃肠疾病家族史者,对相关症状需格外警惕。

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潜在的生物标志物和评估指标

以下指标可用于评估肠道各功能领域,同时需关注其临床应用价值及局限性。主要评估方法包括:

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微生物组测试的现状

尽管面向消费者的商业化微生物组测试日益普及,我们仍需对其保持谨慎并持续深入审视。然而,微生物组结果的解读高度依赖数据库算法对照人群。因此,在现阶段,选择可靠的检测实验室,以及具备完整且大样本数据库的平台,是消费者面对 DTC 微生物组测试时最务实的基础策略。

同时,专业人士和研究者需警惕潜在的“微生物决定论”倾向——将肠道微生物组构成视为健康与疾病的终极解释。此种观点虽突破了基因决定论的局限,却可能以另一种生物还原主义取代之,忽视社会结构、文化背景饮食行为的复杂性与情境性。

总之,发现和识别肠道问题是一个综合过程,应从关注自身症状,一旦出现此类信号,应及时就医,由医生根据具体情况决定是否需要内镜、影像学或生物标志物等进一步检查。

Part10
如何养成健康的肠道

养成健康肠道是一项整体的生活方式工程,而非依靠单一“窍门”或产品。结合科学共识,并对流行文化话语进行批判性分析,我们可以勾勒出一条更全面、更理性的路径。

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科学界的主流建议

基于对肠道健康决定因素的理解,科学界的主流建议通常围绕以下几个方面:

•多样化的植物性饮食:这是支持健康肠道微生物组的核心策略。摄入多种水果、蔬菜、全谷物、豆类、坚果和种子,可提供丰富的膳食纤维和多酚。不同类型的纤维可被不同微生物利用,从而促进微生物组多样性,而多样性通常与健康状况相关

•摄入发酵食品:酸奶、开菲尔、健康发酵酸菜、康普茶等发酵食品含有活性微生物,虽未必能在肠道长期定植,但在通过消化道时可能发挥暂时的益生作用。一些研究显示,食用发酵食品有助于提高微生物组多样性并降低炎症水平

•规律运动:如前所述,运动与更高的微生物组多样性相关,并有助于改善肠道功能,如缓解便秘

•充足睡眠与压力管理:慢性或严重压力可通过肠–脑轴对肠道产生负面影响。通过冥想、瑜伽、深呼吸等方式管理压力,并保证充足睡眠,对维持肠道健康至关重要。

•谨慎使用抗生素:仅在有明确医疗指征时,并遵医嘱使用抗生素,以避免对肠道微生物组造成不必要破坏。

•限制超加工食品:一些研究提示,富含乳化剂、人造甜味剂等添加剂的超加工食品可能损害肠道屏障并不利于微生物组健康。

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对“ABC饮食法”的辩证看待

纪录片《Hack Your Health》的核心建议——“ABC饮食法”(每周摄入20-30种不同蔬果)——在本质上与“多样化植物性饮食”的科学建议是一致的。它的优点在于将一个复杂的概念简化为一个具体、可量化、易于记忆和传播的口号。

然而,我们必须批判性地看待这种简化。这种方法存在几个潜在问题:

•制造新的健康焦虑:“计算”本身可能带来压力,尤其对有饮食失调史的人(如案例中的 Maya),可能触发既往的强迫行为。

•忽视社会经济现实:对许多人而言,每周购买并食用 20–30 种不同的新鲜农产品在经济和时间上都难以实现。这种“一刀切”式建议忽略了食物可及性和社会公平问题。

•过度简化:肠道健康远不只是计算蔬果种类,还涉及食物质量、烹饪方式及其他重要生活方式因素。

因此,更理性的态度是:将“ABC”视为一个鼓励饮食多样化的“方向性指引”,而非一个必须严格遵守的“数字指标”。重点在于有意识地增加饮食中植物性食物的种类,而不是陷入对数字的痴迷。例如,可以尝试每周在购物清单上增加一两种以前没吃过的蔬菜或谷物,逐步丰富自己的食谱。

3
个性化原则

最后,必须强调的是,不存在适用于所有人的完美“养肠”方案。由于遗传、基线菌群、健康状况等方面的差异,每个人对食物和生活方式干预的反应都是独特的。例如,对于IBS患者,某些高纤维食物(如FODMAPs)反而可能加重症状。因此,最佳策略是在遵循普适性健康原则的基础上,通过“自我观察”来找到最适合自己的方式。注意身体对不同食物的反应,记录症状的变化,并在必要时寻求营养师或医生的专业指导,是实现个体化肠道健康管理的关键。

Part11
总结和未来展望

本文结合国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)的共识声明及对大众媒体文化产品的批判性分析,对“肠道健康”这一复杂议题进行了多维度探讨,可归纳出以下核心结论:

1.科学定义的明确化:科学界普遍将肠道健康定义为“胃肠道功能正常、无活动性胃肠道疾病,且无影响生活质量的肠道相关症状”。这一概念强调功能、疾病状态主观生活质量的统一,为临床与研究提供了重要框架。

2.多维度的生理基础:肠道健康依赖六大功能领域的协同:消化生理、肠道微生物组、肠上皮屏障、免疫系统、内分泌功能及肠–脑轴。任何一环失衡都可能损害整体健康。

3.饮食的核心作用与个体差异:饮食是影响肠道健康最关键的可调因素。富含膳食纤维、以多样化植物性食物为主的饮食是促进肠道健康的核心策略。然而,个体对饮食反应差异巨大,未来方向在于个性化营养

4.科学权威的双重性:科学专业知识在揭示肠道机制和指导健康方面至关重要,但当其与商业利益结合并被塑造成唯一权威时,也可能导致知识垄断,并忽视其他复杂影响因素。

展望未来,肠道健康领域的研究与实践将主要在以下几个方面进一步深化:

•风险预测与预防医学:当前定义尚未纳入风险因素。随着我们更深入理解宿主基因、微生物组、饮食和环境暴露如何预测未来疾病风险,经过验证的风险评估工具有望被纳入更广义的肠道健康概念中,推动肠道健康由治疗走向预防,以回应公众对“健康管理”日益增长的需求。

•研究设计的标准化:为肠道健康研究建立“核心结局集”(COS)将是推动该领域发展的关键一步。标准化的研究设计与报告可显著提升不同研究间的可比性,有助于形成更可靠的证据基础,为临床指南公共卫生政策提供支撑。

•跨学科的整合与批判性反思:肠道健康研究天然具有跨学科属性,需要生命科学家、临床医生、社会学家、人类学家、伦理学家等共同参与。

小编寄语

未来的研究不仅要探索“如何”改善肠道健康,更要追问”为何”关注肠道健康:只有理解关注背后的动因,科学成果才能更有针对性地转化为切实可行的健康指导。

对肠道健康的追求,应是一个以科学为指引结合自身情况的理性过程。它既是对身体内部微观生态的探索,也是对日常饮食、生活习惯的重新审视。真正的健康从来不是单一指标的达标,而是身体与生活方式之间长期、动态的平衡

主要参考文献

Marco, Maria L., et al. “The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of gut health.” Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology (2026): 1-17

Hey, Maya, and Erica Zurawski. “Brokering the gut: microbial decoys in the documentary Hack Your Health.” Humanities and Social Sciences Communications 13.1 (2026): 66.

Gibson, Glenn R., et al. “Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics.” Nature reviews Gastroenterology & hepatology 14.8 (2017): 491-502.

Benezra A (2023) Gut anthro: an experiment in thinking with microbes. Univ. Minnesota Press, Minneapolis

Richardson E (2024) Rumbles: a curious history of the gut. Profile Books, London

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